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世界上最薄的纳米材料,透光性好,能折叠
据介绍,石墨烯是由碳原子组成的单原子层平面薄膜,可以作为制备新型触摸屏的核心部分――透明电极的材料。
与现有手机触摸屏材料相比,石墨烯优点更多,被认为是目前世界上最薄、几乎完全透光、强度也最大的材料。
它究竟薄到哪种程度?中科院重庆研究院微纳制造与系统集成研究中心副主任史浩飞解释,石墨烯只有0.34纳米厚,粗略估计一下,一根头发丝的直径,大概等于十万层石墨烯叠加起来的厚度,所以用肉眼是看不见它的。它自身只吸收约2.3%的光,能够做到几乎完全透光,让触摸屏亮度更好,同时,还能保证很高的电导率,这对于过去那些触摸屏材料来说,是难以同时解决的。“过去认为钻石热导率最高,但是石墨烯是它的2倍。”
值得一提的是,石墨烯还具备很好的柔性,也即是说,它在一定程度上可以弯曲折叠,不会对屏幕造成损害。
“从这些优点来看,石墨烯特别适合在电子信息产业中应用。像IBM、三星这些大企业,都相当关注它的发展。”史浩飞说。
成功制备7英寸的石墨烯触摸屏
据悉,自2004年被发现以来,如何解决大面积、高质量石墨烯制备和快速高效转移两大关键问题,让石墨烯应用于透明电极中,一直困扰着很多研究者。
“如果电阻触摸屏要采用这种材料,需要先在金属表面上催化生长石墨烯,再把它转移到适合的基底上,才能进行应用。”史浩飞告诉记者,这就相当于在一个足球场上铺一层薄薄的保鲜膜,要让它平平整整且完好无损,难度特别大。
据介绍,通过“石墨烯透明电极关键技术”研究,他们采用工业原料如塑料、液态苯等作为有效碳源,在300℃的低温下生长出高质量的石墨烯。
目前,中科院重庆研究院已经在铜箔衬底上生长出15英寸的均匀单层石墨烯,并成功将其完整地转移到柔性PET衬底上和其他基底表面,并且通过进一步应用,还制备出了7英寸的石墨烯触摸屏。
在中科院重庆研究院的实验室里,记者看到,研究人员将石墨烯触摸屏贴在一台普通笔记本电脑的显示屏上,调试完毕后,用手写笔就能轻松地在屏幕上写字。
新型石墨烯晶体管实现高开关比率
据物理学家组织网1月23日(北京时间)报道,英国曼彻斯特大学的科研人员设计出一种新型石墨烯晶体管,在其中电子可借助隧穿和热离子效应,同时从上方和下方穿越障碍,并在室温下展现出高达1×106的开关比率。
石墨烯晶体管获得较高的开关比率一直难以实现,而有了高开关比,以及其在柔性、透明基板上的操作能力,新型晶体管能够在后CMOS设备时代占有一席之地,并有望达到更快的计算速度。相关研究发表在近期出版的《自然·纳米技术》杂志上。
石墨烯晶体管多具有三明治结构,以原子厚度的石墨烯作为外层,而以其他超薄材料作为中间夹层。这些中间层可以囊括多种不同材料。在此次的研究中,科学家使用二硫化钨(WS2)作为中间层,其能够作为两个石墨烯夹层之间原子厚度的壁垒。与其他壁垒材料相比,二硫化钨的最大优势在于,电子可借助热离子运输方式从上方越过障碍,也可利用隧穿效应从下方穿过障碍。处于关闭状态时,极少电子能借助上述方式穿越障碍,但当调至开启状态时,电子既能选用一种方式逾越壁垒,亦能同时选择两种方式以实现类似效果。
开关间切换将改变晶体管的栅电压。负栅电压将形成关闭状态,因为其将增加隧穿障碍高度,因此几乎没有电子能够越过壁垒。而正栅电压能通过降低隧穿障碍的高度使晶体管转换至开启状态。同时,如果温度足够高,亦可借助热离子电流从上方越过壁垒。在低电压和低温的情况下,隧穿电流与电压呈线性关联。但当处于高压下时,隧穿电流会随电压呈现指数增长,此时热离子电流就会成为主要的传输机制。
利用上述特质和二硫化钨壁垒材料,新晶体管成为目前性能最佳的石墨烯晶体管之一。此外,由于仅具有几个原子层的厚度,新型晶体管能够耐受弯曲,未来更有望应用于柔性、透明电子设备的制造,成为后CMOS设备时代的有力备选。
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