可穿戴福音:三星石墨烯顯示技術獲突破(全文)_液晶顯示器應用技術...

1石墨烯技術突破

    隨著可穿戴設備日漸洶湧的趨勢，適合這類產品的屏幕卻成為短板。眼下，這個問題或可得到解決。

    日前，三星先進技術研究院與韓國成均館大學聯合宣布，它們已經合成一種能在更大尺度內保持導電性的石墨烯晶體。三星表示，這是一種可以用在柔性顯示屏和可穿戴設備上的屏幕顯示技術。

    這兩年，曲面屏或者柔性屏進入了我們的生活。尤其曲面屏已經被三星和LG用在了智慧型手機和電視屏幕上。儘管是曲面屏，但是跟業內期待的可摺疊的柔性屏技術還有著不小的差距，用業內人士的話說，這叫「為了彎曲而彎曲」。

三星GALAXY Gear 2智能手錶

石墨烯原子結構（圖：百度百科）

    而此次三星宣布其在石墨烯顯示技術上的突破，不僅可以解決很多手機屏幕上的技術難題，同時還可以讓智能穿戴設備的屏幕獲得滿足。為什麼這麼說呢？還是先讓我們了解一下什麼是石墨烯吧。

2什麼是石墨烯？

什麼是石墨烯？

    石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜、只有一個碳原子厚度的二維納米材料，是最有可能引發新一輪電子科技領域革命的材料。

sp2雜化碳質材料基本組成單元圖（圖：百度百科）

    關於石墨烯，我們需要知道的它的幾點特質是：

    1、是目前世界上最薄卻也是最堅硬的納米材料，比鑽石還堅硬，其強度比世界上最好的鋼鐵還要高出100倍；

    2、它的透光率極好，幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；

    3、其最大的特性是其中電子的運動速度達到了光速的1/300，遠超電子在一般導體中的運動速度；

    4、是世界上電阻率最小的材料，導熱係數高達5300 W/m·K，常溫下其電子遷移率超過15000 cm²/V·s，而電阻率只約10-6 Ω·cm；

    5、結構非常穩定，各碳原子之間的連接非常柔韌，當施加外部機械力時，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應外力，也就保持了結構穩定，使碳原子具有優秀的導電性。

單層石墨烯及其派生物示意圖（圖：百度百科）

    目前常見的石墨烯材料的製備方法有機械剝離法、化學氧化法、晶體外延生長法、化學氣相沉積法、有機合成法和碳納米管剝離法等。如果沒有猜錯的話，三星和成均館大學採用的是化學氣相沉積法（CVD），這種方法可製備出高質量、大面積的石墨烯，但成本較高，工藝複雜。

    石墨烯最早是在2004年由英國曼徹斯特大學的安德烈·海姆教授和康斯坦丁·諾沃肖洛夫教授通過一種很簡單的方法從石墨薄片中剝離出來的，二人也由此榮獲2010年諾貝爾物理學獎。而科技巨頭三星、諾基亞和IBM也在加強這一領域的研究。

3成就和應用前景

成就和應用前景

    石墨烯技術的未來可以說，一片光明。

    目前，已知的、讓我們感興趣的成就包括：

    1、最小最快的電晶體誕生。2011年4月7日，IBM向媒體展示了其最快的石墨烯電晶體，該產品每秒能執行1550億個循環操作，比之前的試驗用電晶體快50%。這是IBM承接的美國國防部的一個項目的研究成果，主要是研發可用於軍用的高性能無線電頻率電晶體；

    2、全球最小光學調製器。據美國媒體報導，美國華裔科學家使用石墨烯研製出了一款光學調製器，這個只有頭髮絲四百分之一細的傢伙具備高速信號傳輸能力，有望將網際網路速度提高10000倍，這也意味著1秒鐘內可下載完一部高清電影；

    3、首款手機用石墨烯電容觸控螢幕研製成功。2012年1月8日，江南石墨烯研究院對外宣布，全球首款手機用石墨烯電容觸控螢幕研製成功，為國內首創，這也意味著石墨烯在觸控螢幕上的應用可以從實驗室走向商用（編者按：中國在石墨烯技術研發方面比較領先，中國科學家和英國曼徹斯特大學的兩位諾獎得主長期合作）；

    4、2012年8月，諾基亞的研發部門已經在著手研究石墨烯光電傳感器，並且已經在美國專利和商標局註冊了一項專利。根據專利描述，石墨烯光電傳感器通過多層探測和放大層被互相疊放，以此來吸收和過濾相應顏色的光（不知道是不是用在諾基亞牛B的手機攝像頭上）。

諾基亞石墨烯光電傳感器原理（圖：百度百科）

    由於石墨烯具備柔韌性、導電性和導熱性等特點，它的應用領域十分寬泛，不僅適合用來製造透明觸控螢幕、液晶顯示、有機光伏電池、有機發光二極體等，甚至還可以用在製造防彈衣、航空航天材料，並有可能成為矽的替代品，用來製造用在超級計算機上的超微型電晶體。

4為何適合可穿戴

為何適合可穿戴

    可穿戴設備作為目前科技產品中最炙手可熱的新寵受到追捧。無論是華爾街的分析師，還是谷歌、三星、英特爾等科技巨頭，都把可穿戴設備作為下一個科技革命。而據最新統計數據顯示，智慧型手機的高增長時代或宣告結束，工信部報告顯示，2014年第一季度中國手機出貨量為1億部，同比下降24.7%。而可穿戴設備也成為最有可能取代手機地位的科技產品。

柔性屏幕

    目前發布的品類最多的可穿戴設備無疑是智能手錶和智能手環。這類設備十分愛慕我們的手腕，這也對它們的外觀設計提出了要求，就是此類可穿戴設備的屏幕也需要是彎曲的，而目前市面上很多智能穿戴設備的屏幕依然是平面型的，和我們的手腕不能很好貼合。

三星於去年CES上展示的柔性屏（圖：CNET美國）

    石墨烯的機械強度和柔韌性都比常用材料氧化銦錫更好，氧化銦錫脆度較高，比較容易損毀。通過化學氣相沉積法，可以製成大面積、連續、透明、高電導率的少層石墨烯薄膜，並得到高達1.71%的能量轉換效率；與用氧化銦錫材料製成的元件相比，大約為其能量轉換效率的55.2%，這顯然讓石墨烯成為可穿戴設備屏顯技術的最佳選擇。

    另外，石墨烯材料不僅具有很好的柔韌性、比鑽石還硬的特質，並具備超高透光率和電子遷移率，這可以讓它既適用於手腕上的觸控，同時又增強了屏幕的抗損能力（畢竟我們的手總是喜歡惹是生非，一不小心就會跟其它物體接觸，手腕自然也毫不例外）。

三星於去年CES上展示的柔性屏（圖：CNET美國）

    而且，很重要的一點是，在石墨烯顯示技術目前還不適用於大屏幕的情況下，讓它關注2英寸以下屏幕無疑是最好的選擇，而目前絕大多數智能可穿戴設備的屏幕都在2英寸以下。同時，石墨烯屏幕的成本並不高。

柔性電池

    從去年推出的曲面屏智慧型手機到目前推出的智能手錶、智能手環，電池作為其中的「大件兒」，續航能力且先不說，卻非要表現出掰不彎的直男形象，這是硬傷。

美國西北大學和伊利諾伊大學共同研發的柔性鋰電池（圖：驅動之家）

    而我們通過前文了解到，石墨烯不僅可以用在屏幕上，還可以用在電池技術方面。而作者認為，柔性電池技術瓶頸或就此突破，走上一條想彎就彎的康莊大道。

超臣總結：

    石墨烯技術如果未來應用在可穿戴設備上，將迎刃而解很多技術難題：坐等1年以上的續航能力，可根據手腕粗細調節弧度的柔性曲面屏，加上照顧你身體各種機能的健康APP應用……即使不能像萌叔韓磊唱得那樣《再活五百年》，至少有了這種小保姆型的可穿戴設備，能夠隨時督促我們日常多鍛鍊、多關注身體健康是一定的。我們也期待石墨烯技術儘快走入商用，讓我們的生活更美好。

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是最有可能引發新一輪電子科技領域革命的材料。目前，三星品牌宣布在這一技術上有所突破。

蘆杉