物理:graphene新应用--液晶显示器
编辑 C.Y.Chuang 报导
英国曼彻斯特大学和俄罗斯的研究小组最近指出,石墨薄膜(graphene)具有极佳的光学性质,可作为液晶显示器的透明电极。另外,他们也发展出制备较大量石墨薄膜的方法。
液晶显示器的基本构成为两片透明电极内夹着液晶分子,两边外侧则是一对偏振方向相互垂直的偏振片。若液晶分子处于无序状态,通过第一个偏振片的光被偏极化后,将无法顺利通过第二片,成为不透光的状态。所以液晶显示器的作用原理是透过外加电压旋转液晶分子来控制LCD的透光。此外,透明电极的光吸收率越少越好。
目前的液晶显示器通常使用氧化铟锡(indium tin oxide, ITO)来做为透明电极。但氧化铟锡有其缺点。铟很稀少,相对来说就贵;且氧化铟锡化性不稳定,会释出铟离子及氧离子,妨碍液晶排列。最近,英国曼彻斯特大学的Geim研究团队发现,石墨薄膜的光通透性极高,每层吸收率仅2%,远低于一般氧化铟锡的15~18%,而氧化铟锡若要达到相同的通透性则必须牺牲导电率。研究指出,石墨薄膜的薄膜电阻值约在6000欧姆,在以化学方法掺杂(doping)过后竟可降至50欧姆,如此低的薄膜电阻值也胜过相同通透性下的氧化铟锡。
虽然石墨薄膜有相当多令人惊奇的特性,其制备方法一直是个有待克服的问题。实验室中最常见的方法称为”Scotch tape method”,利用胶带来慢慢撕出所要的石墨薄膜,一次只能做出一些薄片。之前美国西北大学的Ruoff团队曾提出大量制备石墨薄膜的化学方法,但并未获得优异的电性。由于石墨晶体可以溶解于有机溶剂 (dimethylformamide, DMF),Geim团队把石墨晶体加入二甲基甲醯胺后用超音波混合均匀。再将溶液离心使薄石墨片附着于玻璃表面。最后加以退火。制出的石墨薄膜厚度在一到四层不等,可是上述的光学性质和原本的方法所得成果不相上下,证实为一可行的新制法。
化性稳定的石墨薄膜具有电阻低、光学通透性高等特性,若可有效制造石墨薄膜,有机会制成新一代的液晶显示器。
