電力新聞電源從懸浮石墨烯材料發(fā)出可見光的光學(左)和顯微(右)圖像。由美國哥倫比亞大學、韓國首爾國立大學、韓國標準與科學研究院的研究人員組成的科學家團隊創(chuàng)造出世界上最微小的石墨烯燈泡

從懸浮石墨烯材料發(fā)出可見光的光學(左)和顯微(右)圖像。由美國哥倫比亞大學、韓國首爾國立大學、韓國標準與科學研究院的研究人員組成的科學家團隊創(chuàng)造出世界上最微小的石墨烯燈泡

2015-06-18 10:11:18 · 澎湃新聞閱讀：946

從懸浮石墨烯材料發(fā)出可見光的光學(左)和顯微(右)圖像。

由美國哥倫比亞大學、韓國首爾國立大學、韓國標準與科學研究院的研究人員組成的科學家團隊創(chuàng)造出世界上最微小的石墨烯燈泡。

這群科學家用一小塊石墨烯燈絲作為金屬電極導電，厚度只有碳原子直徑大小。接通電流之后，燈泡亮起。盡管燈絲是由碳原子厚度的二維材料石墨烯的平面薄膜構(gòu)成，但是肉眼可見。

石墨烯具有非同尋常的導電性能、超出鋼鐵數(shù)十倍的強度和極好的透光性，熔點高達2500℃，電阻率小于銅和銀，是非常高效的電極材料。

參與者之一哥倫比亞大學科學家詹姆斯˙豪恩(James Hone)表示，“理論上，我們已經(jīng)創(chuàng)造出世界上最薄最微小的燈泡，為未來制造透明觸控屏幕、光板奠定了基礎(chǔ)。”

首爾大學丹尼爾˙帕克˙崔(Yun Daniel Park)教授則表示，愛迪生最初發(fā)明白熾燈時也是使用炭化后的竹絲作為燈絲，直到后來發(fā)現(xiàn)鎢絲，才代替了炭絲。

此前研究人員嘗試過多種不同的技術(shù)方案，但從未能將最為古老也最為簡單的人工光源——白熾燈泡集成到芯片表面。

原因很簡單，白熾燈泡的燈絲必須具有極高的溫度才能發(fā)光——達到上千攝氏度，只有達到這樣的溫度下它才能在可見光波段發(fā)光，但芯片結(jié)構(gòu)中微觀尺度下的金屬絲是無論如何也無法承受這樣的高溫的。

除此之外，高溫燈絲向周圍區(qū)域產(chǎn)生的熱量傳導極其高效，這將導致其周圍區(qū)域溫度迅速上升，破壞芯片結(jié)構(gòu)，因而在技術(shù)上幾乎無法實現(xiàn)。

通過測量石墨烯材料光源的光譜，研究組可以測算出其溫度約為2500攝氏度左右，足以使其發(fā)出明亮的可見光。這項研究的第一作者、哥倫比亞大學霍恩教授小組的博士后金德勇(音譯：Young Duck Kim)稱，“從這一單原子厚度的石墨烯材料發(fā)出的可見光強度很高，甚至不需要使用任何放大設(shè)備，直接用裸眼就能看到。”

石墨烯能夠?qū)崿F(xiàn)如此高溫卻不會導致周圍材料或金屬電極的熔化，則是由于其具有的另外一項有趣特性——隨著石墨烯材料的升溫，它逐漸成為熱的不良導體。這就意味著它具有將高溫局限在一個非常小的“熱點”區(qū)域內(nèi)的性質(zhì)。

參與這項研究工作的一名韓國標準與科學研究院高級研究員說：“在最高的溫度下，電子溫度遠高于石墨烯晶格的聲振動模式，因此只需要較少的能量便能實現(xiàn)可見光波段發(fā)光。這些獨特的熱性質(zhì)讓石墨烯材料加熱到相當于太陽表面一半的溫度，卻能實現(xiàn)比傳統(tǒng)燈絲材料高出1000倍的發(fā)光效率。”

目前，該團隊正開展進一步研究工作，以期提高這項技術(shù)的表現(xiàn)。比如光源可以實現(xiàn)迅速地開關(guān)操作，以符合光的傳輸要求。另外，也需要開發(fā)相應的技術(shù)，使其能夠整合到可折疊的底層材料上。

霍恩說：“對于開發(fā)這種材料的各項用途，我們才剛剛開了個頭。比如這項技術(shù)可以被用來開發(fā)微型加熱板，它可以瞬間加熱到數(shù)千攝氏度，以幫助進行高溫化學反應或催化作用的研究。”

原標題:科學家用石墨烯造出最薄燈泡，僅一個原子厚、可耐兩千度高溫

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