Grafenballoner viser deres farver

Forskere fra Graphene Flagship har fundet en ny potentiel anvendelse for grafen:mekaniske pixels. Ved at påføre en trykforskel på tværs af grafenmembraner, den opfattede farve af grafen kan skiftes kontinuerligt fra rød til blå. Denne effekt kunne udnyttes til brug som farvede pixels i e-læsere og andre skærme med lav effekt. Forskningen var et samarbejde mellem forskere ved TU Delft, Holland, og Graphenea, Spanien, og undersøgelsen er for nylig blevet publiceret i tidsskriftet Nano bogstaver .

I grafenballonanordninger, et dobbelt lag af to atomer tykt grafen aflejres oven på cirkulære fordybninger skåret i silicium. Grafenmembranerne omslutter luft inde i hulrummene, og membranernes position kan ændres ved at anvende en trykforskel mellem indersiden og ydersiden. Når membranerne er tættere på silicium, ser de blå ud; når membranerne skubbes væk ser de røde ud.

Farveændringseffekten opstår fra interferens mellem lysbølger reflekteret fra bunden af ​​hulrummet og membranen på toppen. Disse reflekterede bølger interfererer konstruktivt eller destruktivt afhængigt af membranens position - enten tilføjer eller udligner forskellige dele af spektret af hvidt lys. Denne interferens forstærker eller reducerer visse farver i det reflekterede lys.

Dr. Samer Houri, en forsker ved TU Delft, ledet det spændende arbejde. "I begyndelsen, vi var ikke opmærksomme på farverne på membranerne, fordi grafen er 'farveløst', når det er isoleret. Imidlertid, vi observerede Newton ringe og bemærkede deres farve ændre sig over tid, " sagde han. Når membranerne er ekstremt deforme, deres farve er ikke længere homogen, men i stedet opstår der cirkulære ringe. Disse ringe kaldes Newton-ringe til ære for Sir Isaac Newton, som studerede dem i 1717.

Santiago Cartamil-Bueno er ph.d. studerende ved TU Delft, som udførte det eksperimentelle arbejde og var den første til at observere farveændringen. "Dette giver ikke kun kolorimetriteknikken til karakterisering af suspenderet grafen, hvilket er nyttigt for virksomheder, der udvikler grafen mekaniske sensorer, men det giver også et middel til at implementere skærmteknologi baseret på interferometrimodulation, " siger Cartamil-Bueno. Interferometri modulation, eller IMOD, bruges i skærme, der har krav til lavt strømforbrug, såsom smarture og e-bøger, og er stigende i betydning for Internet of Things-enheder. I øjeblikket, sådanne skærme er sammensat af mekaniske pixels lavet af siliciummaterialer. "Ved i stedet at bruge grafen, med sine ekstraordinære mekaniske egenskaber, " Cartamil-Bueno siger, "en GIMOD (Graphene IMOD) kunne drastisk forbedre enhedens ydeevne – strømforbrug, pixel responstid, fejlrate, osv. – samtidig med at det muliggør elektrisk integration og endda fleksible enheder." Forskerne arbejder nu på at kontrollere farven på membranerne med elektricitet, og håber at have en skærmprototype til Mobile World Conference 2017 i Barcelona.