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卷起你的显示屏 上海交大新技术有望使可卷曲显示屏面世


试想某一天,我们可以将电视、手机像“卷”画卷一样卷起。上海交通大学科研团队研发了具有自主知识产权的紫外光/臭氧真空型设备,通过利用紫外光化学反应对石墨烯进行清洗和掺杂,有效提高其导电性能,这有助于它在产业化过程中作为一种透明导电材料,在可弯曲、可折叠电子显示器中应用,从而让可卷曲的电视、电脑、手机变成现实。
你听说过可卷曲或可折叠的电视、电脑、手机吗?
试想某一天,我们下班回家,将可卷曲电视取出,像古人释卷一样,平铺在墙上,看看电视释放一天的疲劳。看好电视后,又可以将电视像“卷”画卷一样卷起。
试想在差旅的日子里,让笔记本电脑、IPad等这些工作和生活必不可少的重要工具变成了轻薄、易折叠和卷曲的物件,我们的旅途变得更为轻松、潮味十足。
试想有一天,我们衣服上的个性化装饰取代了硬邦邦的手机,成了我们与朋友交流和通话的工具。我们这些对生活的无限美好憧憬都离不开可卷曲、可折叠的显示屏的研制。由于石墨烯这一新型材料的出现,这些梦想在不久的一天可能就会变成现实。
上海交通大学物理与天文系陈险峰教授、陶海华博士科研团队,研发了具有自主知识产权的紫外光/臭氧真空型设备,通过利用紫外光化学反应对石墨烯进行清洗和掺杂,有效提高其导电性能,这有助于它在产业化过程中作为一种透明导电材料,在可弯曲、可折叠电子显示器中应用,从而让可卷曲的电视、电脑、手机变成现实。
在电子显示器件领域,获得柔性显示屏一直是人们的梦想。然而,电极材料成了制约这一技术发展的关键因素之一。在传统的平板显示行业,ITO薄膜是人们采用的常规材料。但因其质地脆、成膜温度高,不适宜用于普通的柔性有机基底材料上。石墨烯用于电极材料时,其主要是由单层或几层碳原子薄膜支撑,将大面积生长的石墨烯薄膜转移到任意柔性材料上,并随之弯曲、折叠。
研究团队认为,石墨烯是人类用于发展柔性显示器的宝贵礼物,紫外光/臭氧真空设备提供一种准确可控的干法表面处理技术,将可能在这一使命中发挥无可替代的重要作用。
陶海华博士介绍说,在紫外光/臭氧真空设备中,光化学反应场所采用真空腔室,不仅能够有效排除腔室内原有气体,紫外光/臭氧真空设备还通过控制氧气压强或引入其他气体,达到加速或者减缓光化学反应的目的,具有准确可控性和良好的重复性,“我们在这一领域已经初步开展了一些石墨烯和其他材料表面改性方面的研究,效果显著。”
专家认为,紫外光/臭氧真空设备不仅是紫外光化学反应技术本身的革命,它还会对材料、器件、医学、生物等众多领域的基础研究和产业化应用产生重要的影响,有望成为未来产业界中的重要链条。
目前,上海交大物理与天文系正积极探索与高科技产业公司的具体合作事宜,致力于开发紫外光/臭氧真空设备的商品化以及开展产学研合作,充分利用企业和高校的优势,研发具有自动化控制和运作的紫外光/臭氧真空设备,为其在今后形成产业链条提供可行性解决方案。

【扩展】
石墨烯:新世纪材料宠儿
简单的实验 铅笔芯里诞生的诺奖
看过美剧《生活大爆炸》的观众,一定记得主人公“谢耳朵”钻研石墨烯,以致沉迷其中、不能自拔的情节。虽然该剧播出时,石墨烯研究尚未获诺贝尔奖,但已是学术界热点。
人们常见的石墨,是由一层层以蜂窝状有序排列的碳原子堆叠而成,层与层之间作用力较弱,可以相互剥离形成薄薄的石墨片。当石墨被剥离到单层、只有一个碳原子厚度时,所得到的石墨片就是石墨烯。
很长时间里,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,成功地在实验中将石墨烯从石墨中分离,才证实了石墨烯可以单独存在。而这个惊世的开创性实验,却被诺沃肖洛夫评价为是“中学生都可以完成的实验”。
2004年,诺沃肖洛夫和他的导师海姆,以铅笔芯的主要成分——石墨为实验对象,成功通过机械微应力技术,将石墨分离成较小的碎片,最终得到了石墨烯这种新型超薄材料。当时,两人领导的研究小组利用透明胶带,将一张纸上的铅笔笔迹进行反复粘贴与撕开,使得石墨片的厚度逐渐减小,最终他们通过显微镜在大量的薄片中寻找到了厚度只有0.334纳米的石墨烯,而20万片石墨烯加在一起,才相当于一根头发丝的厚度。
6年后,海姆和诺沃肖洛夫获得了诺贝尔物理学奖。当时,诺贝尔奖委员会发言人激动地说,通常诺奖只奖励那些已经得到广泛实际应用的研究成果,但这一次,委员会强烈认为应当明确认可石墨烯这种有巨大潜能的新型材料。
由此,目前世界上最薄、最硬的材料——石墨烯逐渐走入大众的视野。
奇特的性能 比最好的钢坚固100倍
石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜,它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。
对海姆和诺沃肖洛夫研究的石墨烯,当年的诺奖评审委员会将其称为“完美原子晶体”。
石墨烯是由碳原子紧密排列而成的蜂窝状结构,看上去就像是一张六边形网格构成的平面。这种独特的二维结构使其具有诸多优异的性能。
首先,石墨烯的结构非常稳定,迄今未发现有碳原子缺失的情况。在这种对称且完美的正六边形结构中,碳原子之间的连接极其柔韧。当受到外力时,碳原子面可以弯曲变形,而不必重新排列来适应外力,因而保证了自身结构的稳定性。
测试发现,石墨烯是目前已知的强度最高的物质,其强度比世界上最好的钢还要高100倍。哥伦比亚大学物理学家做过的一个试验表明,如果物理学家们能制取出厚度相当于普通食品塑料袋的(厚度约100纳米)石墨烯,那么需要施加差不多两万牛的压力才能将其扯断。换句话说,如果用石墨烯制成包装袋,那么它几乎能承受一头亚洲象的重量。
其次,石墨烯稳定的正六边形结构使电子能够极为高效地迁移。由于电子和原子的碰撞,传统的半导体和导体(例如硅和铜)用热的形式释放了一些能量,目前一般的电脑芯片以这种方式浪费了72%—81%的电能,石墨烯则不同,它的电子能量不会被损耗,是目前室温下导电性最好的材料。
此外,石墨烯还具有较高的载流子迁移率,较高的室温热导率、超大的比表面积和高透明度等特性。

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