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中科院制备国内首片15英寸单层石墨烯显示屏

你想用屏幕可弯曲折叠的手机吗?采用石墨烯材料,就可能变成现实。日前,中科院重庆绿色智能技术研究院成功制备出国内首片15英寸的单层石墨烯,或将为手机、电脑等电子产品带来一场革命。

1月24日,中科院重庆绿色智能技术研究院的一名研究人员在弯曲的单层石墨烯触摸屏上进行书写功能测试

石墨烯被称为新一代的“梦幻材料”。人们发现,石墨烯具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性,它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。

据中科院重庆研究院微纳制造与系统集成研究中心副主任史浩飞介绍,石墨烯只有0.34纳米厚。粗略估计,一根头发丝的直径大概等于十万层石墨烯叠加起来的厚度,所以用肉眼是看不见石墨烯的。

石墨烯自身只吸收约2.3%的光,能够做到几乎完全透光,让触摸屏亮度更好。而且,石墨烯具备很好的柔性,它在一定程度上可以弯曲折叠,不会对屏幕造成损害。如果手机、平板电脑上的其他部件和材料也得到相应改进,也许未来5-10年,手机、电脑的显示屏就可以真正实现可折叠。

 1月24日,中科院重庆绿色智能技术研究院的一名研究人员对单层石墨烯制成的触摸屏进行书写测试

除了在触摸屏领域,石墨烯还有更大的应用潜力。

科学家发现,石墨烯是目前已知导电性能最出色的材料,这种特性尤其适合于高频电路。研究人员甚至将石墨烯看作是硅的替代品,能用来生产未来的超级计算机。

石墨烯还是做柔软的透明电极、超快光电感应设备的绝佳原材料,可以应用于制造太阳能电池板等。美国加州大学利用石墨烯研制成光学调制解调器,有望将网速提高1万倍;美国NANOTEK仪器公司开发出新的储能设备,可以将充电时间由数小时减为1分钟,有望解决电动汽车的电池充电问题。

在足球场上铺保鲜膜

石墨烯微观结构示意图

石墨烯是一种由碳原子组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维材料。很长时间以来,石墨烯一直被认为是假设性的结构,无法单独稳定存在,直至2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯,而证实它可以单独存在,两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由,共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

让人印象深刻之处在于,他们成功分离出石墨烯的工具,竟然是胶带纸。海姆和团队成员将石墨片放置在塑料胶带中, 折叠胶带粘住石墨薄片的两侧,撕开胶带,薄片也随之一分为二。不断重复这一过程,就可以得到越来越薄的石墨薄片,而其中部分样品仅由一层碳原子构成——他们制得了石墨烯。

不过,如何解决大面积、高质量石墨烯制备和快速高效转移两大关键问题,一直困扰着很多研究者。中科院重研院微纳制造与系统集成研究中心副主任史浩飞说,在金属表面上催化生长石墨烯,再把它转移到适合的基底上,好比在一个足球场上铺一层薄薄的保鲜膜,要让它平平整整且完好无损,难度特别大。

1月24日,中科院重庆绿色智能技术研究院的一名研究人员在利用显微镜对单层石墨烯制成的触摸屏产品进行进一步数据分析

争取一年内量产

目前,中科院重庆研究院已经在铜箔衬底上生长出15英寸的均匀单层石墨烯,并成功将其完整地转移到柔性PET衬底上和其他基底表面,并且通过进一步应用,还制备出了7英寸的石墨烯触摸屏。

据介绍,中科院重研院正在与广东风投机构商谈,力争让石墨烯在一年内实现量产。届时,其年生产能力预计将达到上百万片。

1月24日,中科院重庆绿色智能技术研究院的一名研究人员在展示单层石墨烯产品的超强透光性