Najmanja žarulja na svijetu od grafena

Iako je i danas većina tvrtki i osobnih korisnika zaboravila na velike i teške monitore te koristi najnovije, sve modernije i tanje monitore, uskoro nam dolaze još napredniji elektronički uređaji. Zahvaljujući novim otkrićima o grafenu, uskoro bismo mogli gledati u ekrane tanje od papira, i to savitljive i rastezljive!

Tim znanstvenika sa sveučilišta u Columbiji i Seoulu proizveo je vidljivu svjetlost koristeći grafen, nevjerojatno tanak i potpuno čist oblik ugljika kao žarnu nit. Spojili su male trake grafena na metalne elektrode, objesili trakice iznad podloge i proveli struju kroz niti kako bi se zagrijale.

' Zapravo smo stvorili najmanju žarulju na svijetu', rekao je Hone, profesor mehaničkog inženjerstva na sveučilištu Columbia i koautor istraživanja. 'Ovo je novi tip širokopojasnog izvora svjetlosti koji se može ugraditi u čipove i omogućit će stvaranje nevjerojatno tankih, savitljivih i prozirnih ekrana te optičku komunikaciju baziranu na čipovima od grafena.

Dosadašnja istraživanja nisu uspjela uspijevala u postavljanju najstarijeg i najjednostavnijeg izvora svjetlosne energije – žarulje – na čip, zato što žarne niti moraju biti jako vruće i dostići temperaturu od nekoliko tisuća stupnjeva Celzijevih da bi svjetlile vidljivom svjetlošću a metalne žice ne mogu podnijeti tolike temperature. Također, prijenos topline iz užarene niti na okolinu je vrlo brz i učinkovit, što je bilo nepraktično i dovodilo do oštećenja čipa.

Mjereći spektar svjetlosti grafena, nova istraživanja pokazuju kako grafen dostiže temperaturu preko 2500 stupnjeva Celzijevih, što je dovoljno za proizvodnju jarke svjetlosti. 'Svjetlost grafena je toliko intenzivna da je vidljiva ljudskom oku bez upotrebe povećala', objašnjava Young Duck Kim.

Zanimljivo da spektar emitirane svjetlosti dostiže svoj maksimum na određenim valnim duljinama zbog međudjelovanja direktnog svjetla kojeg emitira grafen te svjetla koje se odbija od silikonske površine i prolazi kroz grafen. 'To se događa jer je grafen proziran, za razliku od ostalih vrsta žarnih niti, što omogućava podešavanje emisije svjetlosti promjenom udaljenosti od podloge', navodi Kim.

Sposobnost grafena da dostigne tako visoke temperature bez da otopi podlogu ili metalne elektrode možemo zahvaliti njegovom zanimljivom svojstvu: kako se grafen zagrijava, postaje sve slabiji vodič topline. To znači da visoke temperature ostaju zarobljene u 'vrućoj točki' u središtu.

'Na najvećim temperaturama, temperatura elektrona je puno veća od temperature koju proizvede akustički način titranja rešetkaste strukture grafena, pa je potrebno puno manje energije da bi se dostigla temperatura potrebna za vidljivu emisiju svjetlosti,' objašnjava Myung-Ho Bae. 'Ova jedinstvena toplinska svojstva grafena omogućuju zagrijavanje grafena na iznimno visoke temperature i poboljšavaju učinkovitost 1000 puta, u usporedbi s grafenom na čvrstoj podlozi.'

Yun Daniel Park, profesor na odjelu za fiziku i astronomiju na Nacionalnom seulskom sveučilištu, navodi da rade s istim materijalom koji je koristio Thomas Edison kad je izumio prvu žarulju: 'Edison je koristio ugljen kao žarnu nit, a mi koristimo ugljen u čistom obliku tj. grafen, i to najmanjoj mogućoj veličini jednog atoma.'

Grupa znanstvenika trenutno radi na primjeni grafena, npr. koliko brzo se mogu paliti i gasiti kako bi stvorili 'bitove' za optičku komunikaciju te kako bi razvili nove tehnike za ugrađivanje grafena u savitljive podloge.

Hone dodaje, 'Tek smo počeli sanjati o drugim načinima upotrebe ovog sjajnog materijala – npr. kao mini-ploče koje bi se zagrijale na tisuće stupnjeva Celzijevih u djeliću sekunde. Tako bismo mogli proučavati kemijske reakcije na jako visokim temperaturama ili katalize.'

Izvor: Columbia University School of Engineering and Applied Science