研究石墨烯复合材料在LED应用的技术前沿

　　台“工研院”研发石墨烯复合材料 改善LED散热

　　台“工研院”材化所表示，岛内很多单位都已经分离出石墨烯，材化所正利用石墨烯研发各种复合材料，创造更多应用。

　　“工研院”材料与化工研究所组长林泽胜表示，2004年科学家才从石墨中分离出单层，只有一个原子厚度的石墨烯。碳原子在自然界中以石墨和钻石居多，但石墨是多层，分离出单层的石墨烯非常不容易。

　　研究结果显示，石墨烯的特性与石墨大不同，由于电子在单层的石墨烯上没有干扰，所以流动速度超快，因此它具有非常好的导电、导热、散热、强度特性，未来取代现有电子材料的可行性非常大，也促成国际电子和晶片大厂等努力研究中。

　　林泽胜举例，研究单位正在研发石墨烯取代IC产业用的硅晶圆；也可用在触控面板的透明导电膜，也可协助克服未来照明的明日之星─发光二极体(LED)照明散热，厂商可以生产更大瓦数的LED照明设备。

　　他强调，岛内很多单位都在研究石墨烯的用途，材化所的实验室已可以分离出石墨烯，目前正设法和其他高分子材料、塑胶、橡胶等材质结合，创造出新的应用材料。

　　瑞典皇家科学院赞扬石墨烯是“完美的原子晶格”，因为这种材料在电脑、家用装置和运输方面都有很大发展潜力。这两位科学家的突破，导致石墨烯的发现，这种形式的碳获推崇为下个世代的超级材料。

　　石墨烯的厚度只有一个原子，是世界最薄却也是最坚强的奈米材料，几乎透明，而且能够导电和传热。因此，石墨烯被看好可能取代硅半导体的材料。

　　美国斯坦福大学研究新工艺石墨烯做有机LED

　　据美国斯坦福大学研究人员表示，较之目前普遍用于有机LED(OLED)显示器透明电极的稀有且昂贵的氧化铟锡(ITO)，石墨烯(graphene)可以提供成本更低、更薄、速度更快的替代方案，从而规避ITO短缺的问题，并为柔性显示器的开发铺平道路。

　　要在大面积的基板上直接制作石墨烯已证明是十分困难的。然而斯坦福大学的研究团队声称已经成功开发出一种更价廉的、以溶液为基础的旋转涂布(spin-coating)散射技术，可用来制作透明的石墨烯OLED阳极。现在的有机显示器采用无机ITO制作用于开关像素的透明电极，但由于这种材料同时也运用在LCD平板制造中，故成本高昂，供应不足。而斯坦福的研究人员表示，石墨烯的成本只有ITO的百分之一不到。 此外，与ITO相比，石墨烯的电子迁移率较高，能把电极做得更薄、更透明，导电性也更好。这些优势大大有利于超薄柔性OLED显示器的开发。为了提升该材料在石英基板上的导电性，这些研究人员使用了真空退火(vacuum annealing)工艺，不过目前他们正在尝试取消这一步骤，因为据称这种改进将有可能实现低温下在柔性塑料基板上制作石墨烯电极。

　　产业化尚待时日

　　技术问题是石墨烯商业化应用的主要制约因素。如何低成本和高效率地制备大面积、高质量石墨烯，并快速高效转移至下游需求领域，是石墨烯大规模商业化应用主要致力的方向。

　　当前制备石墨烯的方法有很多，主要有物理和化学两大类。物理的方法主要是采取机械剥离方法，而化学方法主要集中在化学沉积和化学合成两大方向。上述物理方法制备石墨烯共同的缺点就是生产出的石墨烯厚度不一，可操作性差，并且无法生长出大尺寸的石墨烯。

　　化学沉积气相法（CVD）提供了一种可控制的石墨烯方法。首先将平面基底（如金属薄膜和金属单晶）等置于高温可分解的前驱体（一般多为甲烷和乙烯等烃类）中，通过高温退火的方式使碳原子沉积在基底表面形成石墨烯，最后用化学方法去除金属基底之后得到石墨烯。此方法可以形成较大面积的石墨烯片，但合成过程必须在高温下进行，石墨烯的良品率一般无法保证。此外，还有化学溶液直接剥离法、高温石墨膨胀法等。