可穿戴顯示福音：石墨烯柔性屏幕獲突破

隨著可穿戴設(shè)備日漸洶涌的趨勢，適合這類產(chǎn)品的屏幕卻成為短板。眼下，這個(gè)問題或可得到解決。

日前，三星先進(jìn)技術(shù)研究院與韓國成均館大學(xué)聯(lián)合宣布，它們已經(jīng)合成一種能在更大尺度內(nèi)保持導(dǎo)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(shè)備上的屏幕顯示技術(shù)。

這兩年，曲面屏或者柔性屏進(jìn)入了我們的生活。尤其曲面屏已經(jīng)被三星和LG用在了智能手機(jī)和電視屏幕上。盡管是曲面屏，但是跟業(yè)內(nèi)期待的柔性屏技術(shù)還有著不小的差距，用業(yè)內(nèi)人士的話說，這叫“為了彎曲而彎曲”。

三星GALAXY Gear 2智能手表

石墨烯原子結(jié)構(gòu)

而此次三星宣布其在石墨烯顯示技術(shù)上的突破，不僅可以解決很多手機(jī)屏幕上的技術(shù)難題，同時(shí)還可以讓智能穿戴設(shè)備的屏幕獲得滿足。為什么這么說呢？還是先讓我們了解一下什么是石墨烯吧。

一、什么是石墨烯？

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(gè)碳原子厚度的二維納米材料，是最有可能引發(fā)新一輪電子科技領(lǐng)域革命的材料。

sp2雜化碳質(zhì)材料基本組成單元圖

關(guān)于石墨烯，我們需要知道的幾點(diǎn)它的特質(zhì)是：

1、是目前世界上最薄卻也是最堅(jiān)硬的納米材料，比鉆石還堅(jiān)硬，其強(qiáng)度比世界上最好的鋼鐵還要高上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、石墨烯最大的特性是其中電子的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)超電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度；

4、是世界上電阻率最小的材料，導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)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、石墨烯結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，各碳原子之間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，也就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性。

單層石墨烯及其派生物示意圖

目前常見的石墨烯材料的制備方法有機(jī)械剝離法、化學(xué)氧化法、晶體外延生長法、化學(xué)氣相沉積法、有機(jī)合成法和碳納米管剝離法等。如果沒有猜錯(cuò)的話，三星和成均館大學(xué)采用的是化學(xué)氣相沉積法（CVD），這種方法可制備出高質(zhì)量、大面積的石墨烯，但成本較高，工藝復(fù)雜。

石墨烯最早是在2004年由英國曼徹斯特大學(xué)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(xué)獎(jiǎng)。而科技巨頭三星、諾基亞和IBM也在加強(qiáng)這一領(lǐng)域的研究。

二、成就和應(yīng)用前景

石墨烯技術(shù)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、最小最快的晶體管誕生。2011年4月7日IBM向媒體展示了其最快的石墨烯晶體管，該產(chǎn)品每秒能執(zhí)行1550億個(gè)循環(huán)操作，比之前的試驗(yàn)用晶體管快50%。這是IBM承接的美國國防部的一個(gè)項(xiàng)目的研究成果，主要是研發(fā)可用于軍用的高性能無線電頻率晶體管；

2、全球最小光學(xué)調(diào)制器。據(jù)美國媒體報(bào)道，美國華裔科學(xué)家使用石墨烯最新研制出了一款調(diào)制器，這個(gè)只有頭發(fā)絲四百分之一細(xì)的光學(xué)調(diào)制器具備高速信號(hào)傳輸能力，有望將互聯(lián)網(wǎng)速度提高10000倍，這也意味著1秒鐘內(nèi)可下載完一部高清電影；

3、首款手機(jī)用石墨烯電容觸摸屏研制成功。2012年1月8日，江南石墨烯研究院對外發(fā)布，全球首款手機(jī)用石墨烯電容觸摸屏在常州研制成功，為國內(nèi)首創(chuàng)，這也意味著石墨烯在觸摸屏上的應(yīng)用可以從實(shí)驗(yàn)室走向商用；

4、2012年8月，諾基亞的研發(fā)部門已經(jīng)在著手研究石墨烯光電傳感器，并且已經(jīng)在美國專利和商標(biāo)局注冊了一項(xiàng)專利。根據(jù)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(yīng)顏色的光（不知道是不是用在諾基亞牛B的手機(jī)攝像頭上）。

諾基亞石墨烯光電傳感器原理

由于石墨烯具備柔韌性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性等，它不僅適合用來制造透明觸摸屏、液晶顯示、有機(jī)光伏電池、有機(jī)發(fā)光二極管等等，甚至還可以用在制造防彈衣、航空航天材料，并有可能成為硅的替代品，用來制造用在超級(jí)計(jì)算機(jī)上的超微型晶體管。

為何適合可穿戴

可穿戴設(shè)備作為目前科技產(chǎn)品中最炙手可熱的領(lǐng)域受到追捧。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(shè)備作為下一個(gè)科技革命。

柔性屏幕

目前發(fā)布的品類最多的可穿戴設(shè)備無意識(shí)智能手表和智能手環(huán)。這類設(shè)備十分愛慕我們的手腕，這也對它們的外觀設(shè)計(jì)提出了要求，就是此類可穿戴設(shè)備的屏幕也需要是彎曲的，而目前市面上很多智能穿戴設(shè)備的屏幕依然是平面型的，和我們的手腕不能很好貼合。

三星于去年CES上展示的柔性屏

石墨烯的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性都比常用材料氧化銦錫優(yōu)良，氧化銦錫脆度較高，比較容易損毀。通過化學(xué)氣相沉積法，可以制成大面積、連續(xù)、透明、高電導(dǎo)率的少層石墨烯薄膜，并得到高達(dá)1.71%能量轉(zhuǎn)換效率；與用氧化銦錫材料制成的元件相比，大約為其能量轉(zhuǎn)換效率的55.2%，這無疑是可穿戴設(shè)備屏顯技術(shù)最佳選擇。[!--empirenews.page--]

另外，石墨烯材料不僅具有很好的柔韌性、比鉆石還硬的特質(zhì)，并具備超高透光率和電子遷移率，這可以讓它既適用于手腕上的觸控，同時(shí)又增強(qiáng)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(huì)跟其它物體接觸，你的手腕自然也毫不例外）。

而且，很重要的一點(diǎn)是，石墨烯顯示技術(shù)目前還不適用于大屏幕的情況下，讓它關(guān)注2英寸以下屏幕無疑是最好的選擇，而目前巨大多數(shù)智能可穿戴設(shè)備的屏幕都在2英寸以下。同時(shí)，石墨烯屏幕的成本并不高。

柔性電池

從去年推出的曲面屏智能手機(jī)到目前推出的智能手表、智能手環(huán)，電池作為其中的“大件兒”，續(xù)航能力且先不說，卻非要表現(xiàn)出掰不彎的直男形象，這是硬傷。

美國西北大學(xué)和伊利諾伊大學(xué)共同研發(fā)的柔性鋰電池

而我們通過前文了解到，石墨烯不僅可以用力在屏幕上，還可以用在電池技術(shù)方面，而作者認(rèn)為，柔性電池技術(shù)的發(fā)展或就此突破，走上一條彎彎的康莊大道。

總結(jié)：

石墨烯技術(shù)如果未來應(yīng)用在可穿戴設(shè)備上，將迎刃而解很多技術(shù)難題：坐等1年以上的續(xù)航能力、可根據(jù)手腕粗細(xì)調(diào)節(jié)弧度的柔性彎曲屏，加上照顧你身體各種機(jī)能的健康A(chǔ)PP應(yīng)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(shè)備能夠監(jiān)督我們?nèi)粘６噱憻捝眢w、多關(guān)注身體健康是一定的了。我們也期待石墨烯技術(shù)盡快走入商用，讓我們的生活更美好。