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石墨烯制白光LED 稀土元素也要靠边站?

导读: 据了解,石墨烯本来就存在于自然界中,只是难以剥离出单层结构。将石墨烯一层层叠起来就是石墨,厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。例如用铅笔在纸上轻轻划过,留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。

  回想起2014年的时候,当中国的A股市场还徘徊在7年大熊市的尾部,石墨烯概念股却集体逆势飙升,风头一时无两,转瞬之间,这种新材料就成为了人们的一大热议话题。作为一种比钢铁强韧200倍的新材料,石墨烯仅有一个原子的厚度,同时更兼具了弹性好、导电性强、透光率高等诸多优质性能于一身。

  据了解,石墨烯本来就存在于自然界中,只是难以剥离出单层结构。将石墨烯一层层叠起来就是石墨,厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。例如用铅笔在纸上轻轻划过,留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。

  资料显示,在2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,成功从石墨中分离出石墨烯,证实它可以单独存在,两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。然而,如今相距被科学家发现仅10余年时间,全球石墨烯制备技术和产业化应用都处于起步阶段。

  由于石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,可谓“新材料之王”, 也因此被誉为“黑金”。甚至有科学家预言,石墨烯将“彻底改变21世纪”,从而极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

  就是这如此多“光环”加持,“牛逼闪闪”的新材料,如今得到了又一新阶段的研究成果,确实可喜可贺。小编今日就为大家谈谈这种在我们LED产业的应用前景,也同样广受看好的新材料——“石墨烯”。

  石墨烯制白光LED 稀土元素也要靠边站?

  取代稀土元素?

  近段时间,国内外的研究学者利用石墨烯进行的研发就取得了重要进步。首先是来自中国台湾清华大学的研究人员,他们在《ACSNano》上发表了一篇文章,声称使用了稀土元素以外的材料制作出可以发白光的LED产品。

  据介绍,这个LED是以碱金属锶为基础,搭建了金属有机框架(MOF),在MOF的上下分别结合了石墨烯等材料,构成了可以直接发出白光的LED。

  这里提到的MOF,是由金属离子和有机材料配合形成的。过去的20年,它被广泛应用做化学分离器、药物输送、气体储存、催化等领域。然而,因为MOF一般多孔、导电性差的原因,一直以来在光电领域都极难见到这个材料。

  事实上,在早期的研究过程中,可以发出白光的MOF基本都是由不同种稀土元素复合在一起。研究人员要解决以上问题,就必须改用导电性能较好的元素,与此同时,这个元素也要能在激发下发射款频段的光。于是研究者尝试换用了有机配体,使用了碱土金属锶制备MOF材料。

  他们表示,在MOF表面,加上了透明电极石墨烯,既提高了载流子迁移率,也不会特别影响光学性能。又由于石墨烯优良的导热性能,新型白光二极管的导热性能更好。研究者在MOF材料外围,还组合了石墨烯、二氧化硅、氧化锌,使其在电驱动可以发光。

  使用MOF材料来制造发光器件,无疑给了人们一个全新的思路。测试的结果也表明,作为发光器件,其光线的显示范围非常接近于自然光,作为半导体器件,其稳定性也较好,在测试的两个月期间,几乎没有性能下降。

  另一方面,这种材料更是别具环保意义。在如今稀土元素越来越少的状况下,新型LED不使用稀有元素,大幅减少使用量,确实能够起到节约资源的作用。此外,减少稀土元素的开采,对因此而造成的环境污染,也能得到有效控制。

  并且,由于新材料发射出的光线与自然光非常贴近,不会有强烈的蓝色光出现。由于不用遮挡其他颜色光,发光效率得以大大提升。减少了电力的消耗,温室气体的排放量也会降低。

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