Голландские ученые создали цветные «физические пиксели» из графена

Исследователи из Делфтского технического университета (Нидерланды) совершили открытие, которое однажды может привести к появлению новой технологии производства дисплеев. Ученые создали так называемые графеновые пузырьки, которые могут изменять цвет при расширении и контакте друг с другом. Исследователи говорят, что их «физические пиксели» могут однажды стать частью новых, более гибких, прочных и энергоэффективных экранов, по сравнению с обычными LED.

Однако специалисты указывают, что созданная ими технология находится в зачаточном состоянии. Само по себе производство графена обходится очень дорого, а тут еще новая технология. В общем, радоваться скорому выходу дисплеев на базе новой технологии пока преждевременно.

Как бы там ни было, свое открытие ученые совершили при работе с пластинками из оксида кремния, которые были покрыты двойным слоем графена толщиной в два атома углерода. Сами пластинки содержат крошечные (толщиной в 10 раз меньше толщины человеческого волоса) отверстия, которые закрываются графеновым слоем и создают своего рода воздушный пузырь. Работая с этими образцами, ученые отметили, что пузырьки графена способны изменять свой цвет в зависимости от давления, которое имеется в отверстиях. При изменении давления пузырьки становятся либо вогнутыми, либо вытянутыми и при этом преломляют проходящий через них свет, меняя свой цвет.

Техническая схема, показывающая, как слои графена могут растягиваться над полостями в пластинках оксида кремния

«В базовом виде графен – это прозрачный материал. Он настолько тонкий, что свет от него практически не отражается», — говорит исследователь Сантьяго Картамил-Буэно.

«Однако мы использовали двойной слой графена, поэтому свет преломлялся сильнее».

Когда графеновые пузырьки вгибались и вытягивались, свету приходилось проходить меньше или больше расстояния до подложки из оксида кремния. Это, в свою очередь, приводило к изменениям в том, какая часть светового спектра поглощалась, а какая обратно отражалась, что, в свою очередь, явилось изменениями в цвете.

«В зависимости от глубины отверстий, вы получаете разный уровень интерференции. От этого и наблюдаются изменения в цвете», — объясняет Картамил-Буэно.

Тот же самый принцип используется, например, в технологии Mirasol компании Qualcomm, где задействуются отражающие мембраны, управляемые электростатикой. Как и в случае E-Ink-дисплеев, эта технология показывает очень высокий уровень энергоэффективности: как только на экране отображается изображение, на его поддержку не требуется использование дополнительного питания. Однако особенность этих дисплеев такова, что подсветку в них использовать невозможно. Из этого получается, что читать такие дисплеи в темноте будет практически невозможно, но при этом при ярком свете они остаются отлично читаемыми.

Однако на пути массового использования технологий экранов на базе графена стоят многочисленные трудности. Во-первых, изменения в цвете графеновых пузырьков наблюдались только под микроскопом, так как, напомним, производство подобных графеновых образцов, но более крупных размеров, будет обходиться очень дорого. В результате «пиксели» получились настолько маленькими, что для создания на их базе даже очень маленького изображения потребовались бы сотни тысяч этих пикселей. Произвести графеновые пузырьки более крупными тоже не получится – существует вероятность их нестабильного поведения (они могут попросту лопаться). Во-вторых, исследователи Делфтского технического университета еще не выяснили, как на их базе можно создавать чистые цвета.

«Мы наблюдали разные цвета. Как радугу. Однако мы пока не можем создать чистые цвета: например, чистый красный или чистый синий», — объясняет Картамил-Буэно.

Художественное представление графеновых пикселей

Следующим шагом для ученых станет поиск эффективного и точного управления изменяемого давления в каждой отдельно взятой полости. Картамил-Буэно, что его команда рассматривает вариант электростатики, то есть принципа, который используется в экранах Mirasol. Подвижки уже есть. Как и в случае с дисплеями Mirasol, новая технология будет очень эффективна на солнечном свете, при этом графен сделает эти экраны очень прочными, гибкими и легкими. В университете в настоящий момент ведется работа над первыми прототипами. Кто знает, возможно, первые экземпляры мы сможем увидеть уже на следующей выставке MWC, которая будет проходить в марте следующего года.