石墨烯制白光LED 稀土元素也要靠边站？

　　 回想起2014年的时候，当中国的A股市场还徘徊在7年大熊市的尾部，石墨烯概念股却集体逆势飙升，风头一时无两，转瞬之间，这种新材料就成为了人们的一大热议话题。作为一种比钢铁强韧200倍的新材料，石墨烯仅有一个原子的厚度，同时更兼具了弹性好、导电性强、透光率高等诸多优质性能于一身。

　　据了解，石墨烯本来就存在于自然界中，只是难以剥离出单层结构。将石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。例如用铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。

　　资料显示，在2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。然而，如今相距被科学家发现仅10余年时间，全球石墨烯制备技术和产业化应用都处于起步阶段。

　　由于石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，可谓“新材料之王”， 也因此被誉为“黑金”。甚至有科学家预言，石墨烯将“彻底改变21世纪”，从而极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

　　就是这如此多“光环”加持，“牛逼闪闪”的新材料，如今得到了又一新阶段的研究成果，确实可喜可贺。小编今日就为大家谈谈这种在我们LED产业的应用前景，也同样广受看好的新材料——“石墨烯”。

　　取代稀土元素？

　　近段时间，国内外的研究学者利用石墨烯进行的研发就取得了重要进步。首先是来自中国台湾清华大学的研究人员，他们在《ACSNano》上发表了一篇文章，声称使用了稀土元素以外的材料制作出可以发白光的LED产品。

　　据介绍，这个LED是以碱金属锶为基础，搭建了金属有机框架（MOF），在MOF的上下分别结合了石墨烯等材料，构成了可以直接发出白光的LED。

　　这里提到的MOF，是由金属离子和有机材料配合形成的。过去的20年，它被广泛应用做化学分离器、药物输送、气体储存、催化等领域。然而，因为MOF一般多孔、导电性差的原因，一直以来在光电领域都极难见到这个材料。

　　事实上，在早期的研究过程中，可以发出白光的MOF基本都是由不同种稀土元素复合在一起。研究人员要解决以上问题，就必须改用导电性能较好的元素，与此同时，这个元素也要能在激发下发射款频段的光。于是研究者尝试换用了有机配体，使用了碱土金属锶制备MOF材料。

　　他们表示，在MOF表面，加上了透明电极石墨烯，既提高了载流子迁移率，也不会特别影响光学性能。又由于石墨烯优良的导热性能，新型白光二极管的导热性能更好。研究者在MOF材料外围，还组合了石墨烯、二氧化硅、氧化锌，使其在电驱动可以发光。

　　使用MOF材料来制造发光器件，无疑给了人们一个全新的思路。测试的结果也表明，作为发光器件，其光线的显示范围非常接近于自然光，作为半导体器件，其稳定性也较好，在测试的两个月期间，几乎没有性能下降。

　　另一方面，这种材料更是别具环保意义。在如今稀土元素越来越少的状况下，新型LED不使用稀有元素，大幅减少使用量，确实能够起到节约资源的作用。此外，减少稀土元素的开采，对因此而造成的环境污染，也能得到有效控制。

　　并且，由于新材料发射出的光线与自然光非常贴近，不会有强烈的蓝色光出现。由于不用遮挡其他颜色光，发光效率得以大大提升。减少了电力的消耗，温室气体的排放量也会降低。

　　“零缺陷”的石墨烯

　　当下，国际上有很多企业都在生产“石墨烯”，因其属于二维材料，能生产结构“零缺陷”的高品质石墨烯却可谓少之又少。虽然石墨烯的发展前景备受看好，但从过去至今，全球研究人员一直都在寻找制造无缺陷石墨烯的低成本方法。好消息是，近日德国化学家对外宣布找到了一种廉价生产无缺陷石墨烯的方法。

　　消息指， 目前的石墨烯制造技术，在产品的大小、面积和瑕疵（影响导电性）等方面都有待改良，因此半导体工业暂时还未真正应用石墨烯。终于在近期，一支由AndreasHirsch教授领导的FAU研究团队在减少石墨烯的瑕疵这方面实现了突破。

　　据外媒报道，德国埃尔朗根-纽伦堡大学（FAU）的化学家如今已率先成功地用石墨生产出了无缺陷石墨烯。这项研究成果最近发表在《自然通讯》上。

　　一直以来，常用的石墨烯传统制造方法，都是采用石墨的化学剥脱。这种方法首先要将金属离子嵌套在石墨（由碳构成）中，形成插层化合物，再用溶剂把单层碳原子，也就是石墨烯分离下来，最后把稳定后的石墨烯从溶剂中分离出来。问题在于，在这个过程中，由于晶格中碳原子的水合或氧化作用，最终得到的石墨烯也就可能出现缺陷。

　　这次，FAU的研究人员利用添加剂苯甲腈，发现了一种直接用溶液制造无缺陷的石墨烯的方法。他们在这种溶液中添加了苯甲腈，从而让石墨烯能够在不产生多余的官能团的情况下被分离出来，因此得到的石墨烯是无缺陷的。

　　用这种方法制造出的石墨烯既能够无缺陷地切割，也可以通过设定载流子的数量获得特定电学性质。用这种方法生产出来的石墨烯的质量比以往任何方法都要高得多。令人欣慰的是，这项技术效率很高，成本却较为低廉。

　　Hirsch教授称，这个发现对于还原石墨烯合成领域的专家来说具有突破意义，根据这项发现，专家预计用湿化学剥脱法制造的石墨烯的方法会取得巨大进步。比如，可以为半导体和感应器技术切割无缺陷的石墨烯。

　　此外，FAU的研究人员设计的方法还具有另一项优势：在反应中，还原后的苯甲腈分子只要不接触氧气或水，它就会变成红色。根据变色，研究人员就能很容易地用吸收测量法对载流子进行计数。之前，只能通过测量电压来计算载流子数量。这意味着，石墨烯和电池研究人员现在有了测量充电状态的新方法。

　　中国的概况

　　据统计，在中国有着世界上最庞大的石墨烯研究队伍和全球三分之一的专利数量。目前，近20个石墨烯产业园在建或已经建成，300多家企业从事石墨烯及相关产品生产研发或为其提供仪器设备。中国石墨烯行业正从基础研究向产业化过渡，未来有可能在触摸屏、柔性电子器件等领域率先实现产业化。

　　因发现石墨烯而获得诺贝尔物理学奖的物理学家安德烈·海姆表示，从世界范围来看，各国在专利申请方面都存在共同问题，即科研机构申请的专利数量远远超过企业，但真正做成商业化的较少。目前，在商业化应用方面中国处于引领位置，这主要由于中国对石墨烯的发展非常重视和支持。

　　当前在世界各国谋求新一轮科技与产业升级的大背景下，石墨烯材料的应用研究已经被许多国家提升至国家战略高度。

　　目前，包括英国、美国、西班牙、韩国等国家均对石墨烯的研发投入大量资金。《中国制造2025》技术路线图更是明确指出，中国石墨烯产业“2020年形成百亿产业规模，2025年整体产业规模突破千亿”的发展目标。