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可變形LED材料

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目前,許多由有機材料製造的電子和光電子材料都具備良好的柔韌度,易於改變形狀。與此同時,不易形變的無機化合物在製造光學、電氣和機械元件方面展現出了強大的性能。但由於技術原因,二者卻很難優勢互補,功能優異的無機化合物半導體也因不易塑形的特點而遇到了發展障礙。

幸好,氮化鎵與石墨烯的結合,部分實現了強強聯合這一理想目標,一種能「變形」的發光二極管(
LED)材料已經誕生。據物理學家組織網近日報導,由韓國首爾大學伊圭哲(音譯)教授領導的研究小組將微型的氮化鎵棒植於石墨烯薄膜表面,製成了一種可彎曲和伸縮的LED材料,這意味著,可彎曲變形的顯示器等LED產品或許將廣泛出現在我們的生活之中了。研究成果細節刊登在由美國物理聯合會(AIP)出版的《應用物理學快報•材料》雜誌上。

超薄石墨烯薄膜的特性使其成為該小組理想的基板材料,它具備優異的柔韌性和卓越的機械強度,甚至能在超過1000℃高溫的環境下保持傑出的物理和化學穩定性。穩定且不活躍的石墨烯表面提供了少量的成核位置,有利於氮化鎵在石墨烯表面生長成理想的三維微型棒狀結構。

「而微觀甚至奈米結構下的氮化鎵,由於易於高密度集成並具備傑出的變色發光能力,得到了材料研究界的廣泛關注。」伊圭哲補充道,「當它們與石墨烯基板結合後,就能極好地承受機械形變,進一步提升應用價值。」

為了真正用氮化鎵在石墨烯基板上製造出微型LED,研究小組使用了一種於2002年自主發明的無催化劑的有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)。伊圭哲表示:「這項技術的關鍵是要在維持高結晶度的情況下控制摻雜,使其形成異質結構和量子結構並垂直對齊生長於底層基板上。」

隨後,研究小組將特製而成的氮化鎵LED細棒植入石墨烯表面進行了測試,結果發現,這種能彎曲的LED在通電後具有優異且可靠的發光能力,甚至在1000次彎折測試後,材料的發光性能依舊沒有明顯的退化。也許不久後,可隨意摺疊變形的LED屏幕就會出現在大街小巷,甚至穿戴在我們自己身上。

這項成果無疑是一項重大技術突破,也為下一代電子和光電器件找到了大規模、低成本工業化生產的可能手段。而石墨烯薄膜在材料領域的廣泛應用,也將會催生更多強強聯合的卓越材料,拉近我們與新時代的距離。