Более 130 лет назад Томас Эдисон использовал углерод в качестве нити накаливания самой первой лампочки в мире. А недавно, группа инженеров и ученых использовала тот же самый химический элемент, представленный в форме абсолютно прозрачной графеновой пленки, для изготовления того, что получило титул самой тонкой лампы накаливания на сегодняшний день. Кусочек графеновой пленки, толщиной в один атом, покрывает столь малую область, что его невозможно рассмотреть невооруженным глазом. Но свет, излучаемый такой миниатюрной лампочкой, столь ярок, что его можно увидеть без помощи каких-либо линз и прочих оптических устройств.
Ученые и инженеры из Колумбийского университета (Columbia University), США, Национального университета в Сеуле (Seoul National University, SNU) и Исследовательского института наук и стандартов (Korea Research Institute of Standards and Science, KRISS), Южная Корея, создали микролампочку, присоединив к металлическим электродам крошечные нити из графеновой пленки, при этом, вся структура лампочки располагалась на одном кремниевом основании. Протекающий через графен электрический ток разогревает графеновую пленку до температуры около 2500 градусов Цельсия, что заставляет ее излучать весьма яркий свет.
«Мы создали то, что является самой тонкой в мире лампой накаливания» — рассказывает Джеймс Хон (James Hone), профессор из Колумбийского университета, — «Такой широкополосный источник света нового типа может быть интегрирован в структуру полупроводниковых чипов, в структуру гибких, прозрачных дисплеев, практически одноатомной толщины и в структуру устройств оптических коммуникаций».
Интересно то, что высокая температура, которой достигла графеновая пленка, не послужила причиной расплавления металлических электродов и оплавления кремниевой подложки. Этого удалось избежать за счет того, что при повышении температуры графена сверх определенного предела его удельная теплопроводность резко падает, таким образом на поверхности в самом центре графеновой пленки образовалось перегретое пятно, излучающее исключительно интенсивный свет.
Произведя измерения спектра излучаемого света, исследователи неожиданно обнаружили максимумы на таких длинах волн, которые не были предусмотрены в теоретических расчетах. Оказалось, что эти максимумы являются результатом взаимодействия между непосредственно излучаемым светом и светом, отраженным от кремниевого основания и беспрепятственно прошедшего через графеновую нить наружу. «Это явление проявилось только из-за того, что графен абсолютно прозрачен в отличие от других материалов, используемых в нитях накаливания. И этот эффект позволяет нам изменять спектр излучаемого света, настраивая расстояние между графеном и основанием».
«Уникальные тепловые свойства графена, не входящего в контакт с другими материалами, позволяют при относительно небольших затратах энергии достигнуть температур, достаточных для излучения света видимого диапазона» — рассказывает Мюнг-Хо Бэ (Myung-Ho Bae), старший исследователь из института KRISS, — «Нам удалось нагреть графен до температуры, почти равной половине температуры на поверхности Солнца. При этом эффективность излучения света была в тысячу раз выше по сравнению с эффективностью источников света на базе графена, расположенного на твердом основании».
В настоящее время исследователи заняты доработкой их изобретения, конструкция которого должна стать более технологичной. Кроме этого сейчас проводятся измерения скоростных параметров графеновых источников света, скорости их включения и выключения, что имеет важное значения для использования таких источников света в оптических коммуникациях. Кроме этого, производятся поиски технологических методов, которые позволят включить такие источники света в состав тонких и гибких электронных устройств.
«Только сейчас мы начали видеть ширину области применения таких графеновых структур. К примеру, на их основе мы можем создать микроэлектрические нагревательные элементы, способные нагреться до тысяч градусов за доли секунды, позволяя нам изучать высокотемпературные химические и каталитические реакции» — рассказывает профессор Хон.
Источник:
