為了地球 燈泡改用石墨烯？

在LED進(jìn)入大眾視野的幾年過(guò)程中，技術(shù)的進(jìn)步和人類需求的提高起到了絕大部分作用。即便是家用的沒(méi)有損壞的傳統(tǒng)照明，也逐漸被白光LED所取代。因?yàn)榘坠?a >LED設(shè)備在功耗和照明的效果上有巨大的優(yōu)勢(shì)。

　　雖然LED產(chǎn)品普及到如此地步，但是仍然面臨這一個(gè)巨大的問(wèn)題，就是制作LED的原材料稀土元素越來(lái)越少。為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究者正在研究一種避開稀土元素制作而成的全新的LED，用石墨烯改寫現(xiàn)在的白光LED技術(shù)。

　　目前的的白光LED，也稱為白光二極管，其白色光主要由單晶、多晶兩種方式實(shí)現(xiàn)。多晶的意思是由不同顏色的LED封裝在一起，通過(guò)顏色互補(bǔ)的方式顯示出白色光。而單晶的方式就比較簡(jiǎn)單了，通過(guò)單一藍(lán)光LED和其表面黃色磷光體組成的，磷光體的黃光和藍(lán)光LED的混合，會(huì)讓視覺(jué)上有白光的效果。以上兩種工藝，都無(wú)法避開使用稀土元素。

　　最近，臺(tái)灣清華大學(xué)的研究者在《ACS Nano》上發(fā)表了一篇文章，其中指出研究者使用稀土元素以外的材料制作出了可以發(fā)白光的LED產(chǎn)品。這個(gè)LED以堿金屬鍶為基礎(chǔ)，搭建了金屬有機(jī)框架（MOF），在MOF的上下分別結(jié)合了石墨烯等材料，構(gòu)成了可以直接發(fā)出白光的LED。

　　MOF是一種非常有前途的材料，它是由金屬離子和有機(jī)材料配合形成的。在過(guò)去的20年中，廣泛應(yīng)用做化學(xué)分離器、藥物輸送、氣體儲(chǔ)存、催化等領(lǐng)域。而在光電領(lǐng)域卻極難見(jiàn)到這個(gè)材料，因?yàn)镸OF一般多孔、導(dǎo)電性差。

　　在早期的研究過(guò)程中，可以發(fā)出白光的MOF基本是由不同種稀土元素復(fù)合在一起。為了解決以上問(wèn)題，應(yīng)改用導(dǎo)電性能較好的元素，但同時(shí)這個(gè)元素也要能在激發(fā)下發(fā)射款頻段的光。研究者換用了有機(jī)配體，使用了堿土金屬鍶制備MOF材料。

　　在MOF表面，加上了透明電極石墨烯，提高了載流子遷移率，也不會(huì)特別影響光學(xué)性能。由于石墨烯優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，新型白光二極管的導(dǎo)熱性能更好。

　　在MOF材料外圍，研究者還組合了石墨烯、二氧化硅、氧化鋅。使其在電驅(qū)動(dòng)可以發(fā)光。使用MOF材料來(lái)制造發(fā)光器件，給了人們一個(gè)全新的思路。

　　測(cè)試結(jié)果表明，作為發(fā)光器件，其光線的顯示范圍非常接近于自然光（圖中綠色點(diǎn)），作為半導(dǎo)體器件，其穩(wěn)定性也較好，在測(cè)試的兩個(gè)月期間，幾乎沒(méi)有性能下降。

　　在性能之外，這個(gè)材料的環(huán)保意義更加重要，由于新型LED沒(méi)有使用稀有元素，大量減少了稀土元素的使用量，稀土元素越來(lái)越少的現(xiàn)在，減少使用稀土元素非常重要。同時(shí)，這也能減少開采稀土元素所造成的環(huán)境污染。

　　新材料發(fā)射出的光線與自然光非常貼近，不會(huì)有強(qiáng)烈的藍(lán)色光出現(xiàn)。由于不用遮擋其他顏色光，發(fā)光效率得以大大提升。減少了電力的消耗，溫室氣體的排放量也會(huì)降低。

　　從常見(jiàn)的燈泡到電子設(shè)備中的液晶面板越來(lái)越多的設(shè)別開始使用LED作為光源，無(wú)論從資源的保護(hù)來(lái)講，還是從環(huán)境的保護(hù)來(lái)講，全新白光LED技術(shù)的出現(xiàn)都是極好的。