Kinesiske forskere har utviklet dioder som kan lyse i alle slags farger. (Illustrasjonsfoto: Microstock)
Kinesiske forskere har utviklet dioder som kan lyse i alle slags farger. (Illustrasjonsfoto: Microstock)

Lysdiode av grafén kan sende ut lys i alle farger

Med atomtynne lag av karbon, tilsatt en smule oksygen, har kinesiske forskere utviklet dioder som kan lyse i alle slags farger. Teknologien kan brukes til enkle, bøyelige flatskjermer.

Publisert
Her demonstreres en grafenbasert lysdiode produsert på bøyelig PET-plast. Selve lysdioden måler om lag 0,1 ganger 0,1 millimeter. (Foto: Wang m.fl./Nature)
Her demonstreres en grafenbasert lysdiode produsert på bøyelig PET-plast. Selve lysdioden måler om lag 0,1 ganger 0,1 millimeter. (Foto: Wang m.fl./Nature)

Lysdioder (LED-lys) bruker lite strøm og tar lite plass. Tidligere har de bare vært bruk til å sende ut en eneste farge.

Nå har forskere fra Universitetet i Tsinghua i Beijing utviklet en variant som kan sende ut alle slags farger.

– Det er et spennende resultat, sier Jeppe Vang Lauritsen, som er førsteamanuensis ved nanoteknologisenteret iNano ved Aarhus Universitet i Danmark. Han har ikke vært med i den nye studien, men arbeider til daglig med ekstremt tynne materialer, såkalte 2D-materialer.

– Det finnes lysdioder i alle mulige farger, men de kan normalt ikke endre den. Det er helt nytt at de kan endre fargen på en enkel måte.

Fleksible skjermer

De nye lysdiodene kan brukes til lamper der brukeren kan endre på fargen. Det viktigste er likevel muligheten for tynne, fleksible og billige flatskjermer med en høy oppløsning – skjermer til en ny generasjon av fjernsyn og smarttelefoner.

Eksisterende skjermer basert på lysdioder må bruke tre dioder for å vise farger. Hvert bildepunkt (piksel) krever altså tre dioder, og med den nye teknologien er det nok med én.

Forskerne har dessuten klart å bygge en lysdiode på tynn, fleksibel PET-plast, noe som er et skritt på veien mot skjermer som kan bøyes.

Jo høyere spenning (antall volt), desto mer blålig ble lyset fra dioden. (Foto: (Illustrasjon: Wang m.fl./Nature) )
Jo høyere spenning (antall volt), desto mer blålig ble lyset fra dioden. (Foto: (Illustrasjon: Wang m.fl./Nature) )

Grafen med oksygenatomer

Lysdioden er basert på grafén – atomtynne lag av karbon. Kineserne brukte ikke helt ren grafén, men i stedet grafénoksid, hvor karbonatomene har selskap av oksygenatomer. Grafénoksid er ganske lett å produsere av grafitt, som vi for eksempel finner i blyanter.

Forskerne startet med et lag vanlig grafénoksid. Deretter la de ned et lag der mange av oksygenatomene var fjernet – såkalt redusert grafeénoksid, som nesten er ren grafén.

Lysdiodene produseres ved å legge et lag redusert grafenoksid (rGO) over et lag vanlig grafenoksid (GO) og så fjerne del av den reduserte grafenoksiden igjen, slik at lyset kan slippe ut.  (Foto: (Illustrasjon: Wang m.fl./Nature) )
Lysdiodene produseres ved å legge et lag redusert grafenoksid (rGO) over et lag vanlig grafenoksid (GO) og så fjerne del av den reduserte grafenoksiden igjen, slik at lyset kan slippe ut. (Foto: (Illustrasjon: Wang m.fl./Nature) )

Ingen av de to lagene kan lyse selv, men mellom dem oppstår det et område som kan klare oppgaven.

– I laget av redusert grafénoksid oppstår det små flekker som oppfører seg som forskjellige molekyler alt etter størrelsen. Det er flekker av ulike størrelser som blir aktivert, og sender ut lys med forskjellige bølgelengder, alt etter den elektrisk spenningen materialet påvirkes med, forklarer Jeppe Vang Lauritsen.

Lever ikke lenge

De grafénbaserte lysdiodene er allerede svært lyssterke og kan gi opptil 6000 candela per kvadratmeter. Det like mye som storskjermene som brukes til utendørsreklamer.

Forskerne sliter fortsatt med å få fram de mørkeste blåfargene, og energieffektiviteten er ikke spesielt høy. Hver watt gir bare 4,8 lumen, mens den tradisjonelle varianten kan gi over 100.

Forskerne må også finne ut hvordan lysdiodenes levetid kan forlenges. I vanlig luft fungerer lysdiodene bare i om lag et minutt. I vakuum fungerer de i et par timer.

Det mangler altså fortsatt en del arbeid før produkter med de nye lysdiodene kan komme på markedet. Som Jeppe Vang Lauritsen formulerer det:

– Det skjer ufattelig mye på dette feltet, og det er umulig å spå om denne teknologien kan gjøre en forskjell. Det er avhengig av om stabile og effektive dioder kan produseres billig. Men det er uten tvil et skritt fremover. 

Referanse:

Xiaomu Wang m.fl.: A spectrally tunable all-graphene-based flexible field-effect light-emitting deviceNature Communications (2015). DOI: 10.1038/ncomms8767.

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.