燈泡改用石墨烯？為了省錢，也為了地球

在 LED 進入大眾視野的幾年過程中，技術的進步和人類需求的提高起到了絕大部分作用。即便是家用的沒有損壞的傳統照明，也逐漸被白光 LED 所取代。因為白光 LED 設備在功耗和照明的效果上有巨大的優勢。
雖然 LED 產品普及到如此地步，但是仍然面臨這一個巨大的問題，就是製作 LED 的原材料稀土元素越來越少。為了解決這個問題，研究者正在研究一種避開稀土元素製作而成的全新的 LED，用石墨烯改寫現在的白光 LED 技術。

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

最近，台灣國立清華大學的研究者在《ACS Nano》上發表了一篇文章，其中指出研究者使用稀土元素以外的材料製作出了可以發白光的 LED 產品。這個 LED 以鹼金屬鍶為基礎，搭建了金屬有機框架（MOF），在 MOF 的上下分別結合了石墨烯等材料，構成了可以直接發出白光的 LED。





MOF 是一種非常有前途的材料，它是由金屬離子和有機材料配合形成的。在過去的 20 年中，廣泛應用做化學分離器、藥物輸送、氣體儲存、催化等領域。而在光電領域卻極難見到這個材料，因為 MOF 一般多孔、導電性差。

在早期的研究過程中，可以發出白光的 MOF 基本是由不同種稀土元素複合在一起。為了解決以上問題，應改用導電性能較好的元素，但同時這個元素也要能在激發下發射款頻段的光。研究者換用了有機配體，使用了鹼土金屬鍶製備 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，也不會特別影響光學性能。由於石墨烯優良的導熱性能，新型白光二極管的導熱性能更好。
在 MOF 材料外圍，研究者還組合了石墨烯、二氧化硅、氧化鋅。使其在電驅動可以發光。使用 MOF 材料來製造發光器件，給了人們一個全新的思路。

測試結果表明，作為發光器件，其光線的顯示範圍非常接近於自然光（圖中綠色點），作為半導體器件，其穩定性也較好，在測試的兩個月期間，幾乎沒有性能下降。





在性能之外，這個材料的環保意義更加重要，由於新型 LED 沒有使用稀有元素，大量減少了稀土元素的使用量，稀土元素越來越少的現在，減少使用稀土元素非常重要。同時，這也能減少開採稀土元素所造成的環境污染。
新材料發射出的光線與自然光非常貼近，不會有強烈的藍色光出現。由於不用遮擋其他顏色光，發光效率得以大大提升。減少了電力的消耗，温室氣體的排放量也會降低。

從常見的燈泡到電子設備中的液晶面板越來越多的設別開始使用 LED 作為光源，無論從資源的保護來講，還是從環境的保護來講，全新白光 LED 技術的出現都是極好的。

（圖片來自網絡）

**本文作者趙蓋子，文章首發頭條，微信公眾號【烯引力】-不僅僅是石墨烯，烯引力致力於發現全球範圍的新材料趨勢。轉載請與微信號 t2ipo001 聯繫，並保留本信息。未包含本信息的轉載將受到侵權投訴。




資料來源：TECH2IPO