電力新聞電源從懸浮石墨烯材料發出可見光的光學(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造出世界上最微小的石墨烯燈泡

從懸浮石墨烯材料發出可見光的光學(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：943

從懸浮石墨烯材料發出可見光的光學(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，我們已經創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。”

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

此前研究人員嘗試過多種不同的技術方案，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光，但芯片結構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，高溫燈絲向周圍區域產生的熱量傳導極其高效，這將導致其周圍區域溫度迅速上升，破壞芯片結構，因而在技術上幾乎無法實現。

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出的可見光強度很高，甚至不需要使用任何放大設備，直接用裸眼就能看到。”

石墨烯能夠實現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”區域內的性質。

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可見光波段發光。這些獨特的熱性質讓石墨烯材料加熱到相當于太陽表面一半的溫度，卻能實現比傳統燈絲材料高出1000倍的發光效率。”

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

霍恩說：“對于開發這種材料的各項用途，我們才剛剛開了個頭。比如這項技術可以被用來開發微型加熱板，它可以瞬間加熱到數千攝氏度，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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