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Jun. 23 2015

世上最「薄」的石墨烯燈泡首次亮相

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  • 世上最「薄」的石墨烯燈泡首次亮相

這個發現最終也可能改造電腦。

發現這項技術的美國與南韓研究團隊所繪製的圖示中,一片懸掛著的石墨烯發出光亮。
ILLUSTRATION FROM YOUNG DUCK KIM, COLUMBIA ENGINEERING

人類對更好燈泡的追求又邁進了一大步。用只有一顆原子厚度的石墨烯片(世界上最堅固的材料之一)發光的奈米技術首次登場。

科學家首度表示,他們利用碳最純粹的結構創造出一個具彈性且透明的光源。他們表示這項發現最終可望以光取代半導體晶片上的電子電路,為電腦帶來重大改變。

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哥倫比亞大學的工程學教授詹姆斯•洪恩(James Hone)發表這項結果時說,「我們所創造的,基本上就是世界上最薄的電燈泡。」由他擔任共同作者的這項研究論文於本月初發表於《自然奈米科技》(Nature Nanotechnology)期刊網站,研究團隊成員分別來自南韓、哥倫比亞大學工學院、史丹福大學和伊利諾大學香檳分校。

即使是在日新月異的燈泡領域中,他們的突破依然引人注目。近年來,隨著美國和其他國家逐漸淘汰愛迪生在一個世紀前發明的傳統白熾燈,市場已轉向更節能的省電燈泡(CFL)與發光二極體(LED)以及其他種類的燈泡。

燈泡公司也持續推出新的產品。終極燈泡公司(Finally Light Bulb Company)的暖光超節能「終極白熾燈」(Acandescent)使用電磁感應技術,而Alkilu公司的可攜式OLED(有機發光二極體)燈的特殊之處則在於沒有背光源。

此外,一種比普通LED使用壽命更久且更節能的石墨烯塗層LED將於今年稍晚問世,這種燈泡是英國曼徹斯特大學(University of Manchester)的研究結果。但它並不是純粹的石墨烯燈泡。

領導最近這次研究的哥倫比亞大學博士後研究科學家Young Duck Kim說,「他們使用石墨烯來提升熱散逸。我們研究所呈現的則是石墨烯本身可發光。」

Kim在四年前開始觀察石墨烯發光的現象,這種新發現的材料極輕,卻比鋼還堅固。只是他並不知道石墨烯為什麼會發光。

他的團隊發現讓電流通過含有小片石墨烯的燈絲,溫度可達超過攝氏2500度,這個溫度足以產生可見光。而在這個過程中,石墨烯沒有導致與之連接的金屬電極融化。這是什麼原因?隨著石墨烯的溫度上升,它的導熱能力變差,因此高溫只局限於中央的一個小點。相對來說,微型金屬線無法承受如此極端的高溫。

他們的成果與愛迪生的發明有異曲同工之妙。研究的共同主要作者、韓國首爾大學(Seoul National University)的物理與天文學教授Yun Daniel Park在新聞稿中表示:「愛迪生最初使用碳當作燈泡的燈絲,我們現在也使用同樣的元素,不過我們使用碳元素最純粹的結構,石墨烯,而且用的是它尺寸的極限,只有一顆碳原子的厚度。」

研究主要作者Kim表示,他的團隊正在試圖將這個技術商業化。他預計將在五年內實現,讓製造商能使用石墨烯生產具彈性的透明燈光顯示。他表示,Intel與IBM正在嘗試解決將光整合到電腦晶片的難題。他預期在大約十年內,此次團隊的石墨烯研究也能協助將光整合到晶片的技術推向商業成功。

撰文:Wendy Koch, National Geographic (透過推特關注作者

編譯:陳潔

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