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可穿戴显示福音:石墨烯柔性屏幕获突破

作者:时间:2014-04-15来源:中关村在线
编者按:石墨烯助力曲面显示屏成为现实,关于这一概念你了解多少,进来看看,科普一下吧。

  随着设备日渐汹涌的趋势,适合这类产品的屏幕却成为短板。眼下,这个问题或可得到解决。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/236540.htm

  日前,三星先进技术研究院与韩国成均馆大学联合宣布,它们已经合成一种能在更大尺度内保持导电性的石墨烯晶体。三星表示,这是一种可以用在柔性显示屏和设备上的屏幕显示技术。

  这两年,曲面屏或者柔性屏进入了我们的生活。尤其曲面屏已经被三星和LG用在了智能手机和电视屏幕上。尽管是曲面屏,但是跟业内期待的柔性屏技术还有着不小的差距,用业内人士的话说,这叫“为了弯曲而弯曲”。

  三星GALAXY Gear 2智能手表

  石墨烯原子结构

  而此次三星宣布其在石墨烯显示技术上的突破,不仅可以解决很多手机屏幕上的技术难题,同时还可以让智能穿戴设备的屏幕获得满足。为什么这么说呢?还是先让我们了解一下什么是石墨烯吧。

  一、什么是石墨烯?

  石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道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纳米材料,是最有可能引发新一轮电子科技领域革命的材料。

  sp2杂化碳质材料基本组成单元图

  关于石墨烯,我们需要知道的几点它的特质是:

  1、是目前世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料,比钻石还坚硬,其强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍,

  2、它的透光率极好,几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光;

  3、石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300,远超电子在一般导体中的运动速度;

  4、是世界上电阻率最小的材料,导热系数高达5300 W/m·K,常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s,而电阻率只约10-6 Ω·cm;

  5、石墨烯结构非常稳定,各碳原子之间的连接非常柔韧,当施加外部机械力时,碳原子面就弯曲变形,从而使碳原子不必重新排列来适应外力,也就保持了结构稳定,使碳原子具有优秀的导电性。

  单层石墨烯及其派生物示意图

  目前常见的石墨烯材料的制备方法有机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。如果没有猜错的话,三星和成均馆大学采用的是化学气相沉积法(CVD),这种方法可制备出高质量、大面积的石墨烯,但成本较高,工艺复杂。

  石墨烯最早是在2004年由英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆教授和康斯坦丁·诺沃肖洛夫教授通过一种很简单的方法从石墨薄片中剥离出来的,二人也由此荣获2010年诺贝尔物理学奖。而科技巨头三星、诺基亚和IBM也在加强这一领域的研究。

  二、成就和应用前景

  石墨烯技术的未来可以说,一片光明。

  目前,已知的、让我们感兴趣的成就包括:

  1、最小最快的晶体管诞生。2011年4月7日IBM向媒体展示了其最快的石墨烯晶体管,该产品每秒能执行1550亿个循环操作,比之前的试验用晶体管快50%。这是IBM承接的美国国防部的一个项目的研究成果,主要是研发可用于军用的高性能无线电频率晶体管;

  2、全球最小光学调制器。据美国媒体报道,美国华裔科学家使用石墨烯最新研制出了一款调制器,这个只有头发丝四百分之一细的光学调制器具备高速信号传输能力,有望将互联网速度提高10000倍,这也意味着1秒钟内可下载完一部高清电影;

  3、首款手机用石墨烯电容触摸屏研制成功。2012年1月8日,江南石墨烯研究院对外发布,全球首款手机用石墨烯电容触摸屏在常州研制成功,为国内首创,这也意味着石墨烯在触摸屏上的应用可以从实验室走向商用;

  4、2012年8月,诺基亚的研发部门已经在着手研究石墨烯光电传感器,并且已经在美国专利和商标局注册了一项专利。根据专利描述,石墨烯光电传感器通过多层探测和放大层被互相叠放,以此来吸收和过滤相应颜色的光(不知道是不是用在诺基亚牛B的手机摄像头上)。

  诺基亚石墨烯光电传感器原理

  由于石墨烯具备柔韧性、导电性和导热性等,它不仅适合用来制造透明触摸屏、液晶显示、有机光伏电池、有机发光二极管等等,甚至还可以用在制造防弹衣、航空航天材料,并有可能成为硅的替代品,用来制造用在超级计算机上的超微型晶体管。

  为何适合

  可穿戴设备作为目前科技产品中最炙手可热的领域受到追捧。无论是华尔街的分析师还是谷歌、三星、英特尔等科技巨头,都把可穿戴设备作为下一个科技革命。

  柔性屏幕

  目前发布的品类最多的可穿戴设备无意识智能手表和智能手环。这类设备十分爱慕我们的手腕,这也对它们的外观设计提出了要求,就是此类可穿戴设备的屏幕也需要是弯曲的,而目前市面上很多智能穿戴设备的屏幕依然是平面型的,和我们的手腕不能很好贴合。

  三星于去年CES上展示的柔性屏

  石墨烯的机械强度和柔韧性都比常用材料氧化铟锡优良,氧化铟锡脆度较高,比较容易损毁。通过化学气相沉积法,可以制成大面积、连续、透明、高电导率的少层石墨烯薄膜,并得到高达1.71%能量转换效率;与用氧化铟锡材料制成的元件相比,大约为其能量转换效率的55.2%,这无疑是可穿戴设备屏显技术最佳选择。

  另外,石墨烯材料不仅具有很好的柔韧性、比钻石还硬的特质,并具备超高透光率和电子迁移率,这可以让它既适用于手腕上的触控,同时又增强了屏幕的抗损能力(毕竟我们的手总是喜欢惹是生非,一不小心就会跟其它物体接触,你的手腕自然也毫不例外)。

  而且,很重要的一点是,石墨烯显示技术目前还不适用于大屏幕的情况下,让它关注2英寸以下屏幕无疑是最好的选择,而目前巨大多数智能可穿戴设备的屏幕都在2英寸以下。同时,石墨烯屏幕的成本并不高。

  柔性电池

  从去年推出的曲面屏智能手机到目前推出的智能手表、智能手环,电池作为其中的“大件儿”,续航能力且先不说,却非要表现出掰不弯的直男形象,这是硬伤。

  美国西北大学和伊利诺伊大学共同研发的柔性锂电池

  而我们通过前文了解到,石墨烯不仅可以用力在屏幕上,还可以用在电池技术方面,而作者认为,柔性电池技术的发展或就此突破,走上一条弯弯的康庄大道。

  总结:

  石墨烯技术如果未来应用在可穿戴设备上,将迎刃而解很多技术难题:坐等1年以上的续航能力、可根据手腕粗细调节弧度的柔性弯曲屏,加上照顾你身体各种机能的健康APP应用。即使不能像萌叔韩磊唱得那样《再活五百年》,至少有了这种小保姆型的可穿戴设备能够监督我们日常多锻炼身体、多关注身体健康是一定的了。我们也期待石墨烯技术尽快走入商用,让我们的生活更美好。

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