Самая тонкая лампочка в мире на основе графена
Более 130 лет назад Томас Эдисон использовал углерод в качестве проводниковой нити для создания самой первой лампочки. Сегодня группа ученых и инженеров использовали тот же самый элемент, но в полностью закристаллизованной форме графена, чтобы создать то, что по их утверждениям, является самой тонкой лампой в мире.
Даже если ее толщина будет всего один атом, а размер слишком мал, чтобы увидеть без посторонней помощи, новая лампа настолько яркая, что производимый свет можно легко увидеть невооруженным глазом.
Исследователи и инженеры из Колумбийского университета, Национального университета Сеула и Корейского научно-исследовательского института стандартов и науки создали устройство, используя крошечные нити графена, прикрепленные к металлическим электродам, которые затем подвесили над кремниевой подложкой. Ток, проходящий через эти нити, заставлет их нагреваться до более 2500 ° C (4500 ° F) и производить исключительно яркий свет.
«Мы создали то, что, по сути называется самой тонкой в мире лампочкой», сказал Джеймс Хон (James Hone), профессор машиностроения. «Этот новый тип «широкополосного» излучателя света может быть интегрирован в микросхемы и проложить путь к реализации атомарно тонких, гибких и прозрачных дисплеев, а также встроенной в микросхему оптической связи на основе графена».
Интересно, что способность графена достигать таких высоких температур без плавления нижележащей подложки или металлических электродов обоснована тем, что графен, нагреваясь, теряет способность отводить от себя тепло. В результате тепло сконцентрировано в самом центром нитей и производит исключительно интенсивный свет.
Измеряя спектр света, излучаемого новым устройством, исследователи также обнаружили, что он достигает пиков при определенной длине волны. Это было результатом взаимодействия света, генерируемого непосредственно светящимися нитями, и света, отражающегося от кремниевой подложки и попадающего обратно на графеновые волокна.
«Это (явление) возможно только потому, что графен является прозрачным, в отличие от любой обычной нити, и позволяет настраивать спектр излучения путем изменения расстояния до подложки».
Графеновая решетка также является особо эффективным способом для получения света, из-за присущей ей способности поддерживать уровни возбуждения, которые обеспечивают более свободные потоки электронов. То есть, так же, как графен способен быстро пропускать электроны при возбуждении лазерами, поскольку электроны остаются в возбужденном состоянии, это же обеспечивает аналогичную способность эффективного выпуска фотонов в случае электрического нагрева.
«При самых высоких температурах, температура электронов намного выше, чем у акустических колебательных режимов графеновой решетки, поэтому требуется меньше энергии для достижения температур, необходимых для видимого светового излучения», говорит Мен Хо Пэ (Myung-Ho Bae), старший научный сотрудник Корейского научно-исследовательского института.
«Эти уникальные термические свойства позволяют нагревать подвешенный графен до половины температуры Солнца, и повысить эффективность в 1000 раз, по сравнению с графеном на твердой подложке».
В настоящее время исследователи работают над способами улучшения работы этих раскаленных устройств, чтобы определить насколько быстро они могут включаться и выключаться, чтобы их можно было использовать для создания единиц и нулей в оптической связи. Они также изучают методы встраивания их в гибкие материалы.
Facepla.net по материалам: engineering.columbia.edu
Комментарии: