這項實驗延續該校教授Coskun Kocabas研究小組先前的研究,顯示藉由施加偏置電壓使離子可逆嵌入至多層石墨烯,就能夠調節這些MLG薄層的光學吸收性,使其從黑暗的金屬變成透明材料。

研究人員們以銀導電塗料連接多層石墨烯薄膜中特定形狀的電極輪廓,僅採用多層石墨烯薄膜作為高對比的光學可配置介質,即可開啟與開關閉段式顯示器。研究人員在發表於《ACS光子學》(ACS Photonics)期刊的論文「石墨烯在紙上的光電效應」(Graphene-Enabled Optoelectronics on Paper)中描述,透過偏置電壓,離子液體中的陰離子嵌入於石烯層中,阻斷了可見光譜的帶間躍遷。

嵌入週期(透明化過程)花費較長的時間,約需要4秒,而去嵌入週期(返回暗黑金屬過程)則只需0.5秒的時間,表示這種顯示器大多適用於內容不至於太頻繁刷新變化的電子看板等應用。

20160614 Bilkent NT01P2 (左)平面紙質顯示器顯示採用繪圖機構圖的MLG電極圖案。(右)運作中的數字段式顯示器,顯示可獨立控制的隔離元素

研究人員在其論文中也描述了採用從0-4V偏置電壓的幾種建置作業細節,有些採用了預先定義的電極圖案,可從黑暗的金屬背景變成透明且十分顯眼。研究人員並建議在將紙質基板施加於MLG薄膜之中以前,先在紙上列印相互配的色圖案,那麼在電極變成透明時,就可同時呈現透明的色彩。

20160614 Bilkent NT01P3 在夾入MLG電極之間以前,先在紙上列印半色調的彩色墨粉,即可形成彩色顯示器

研究人員還利用交錯結構展示5x5的多畫素紙質顯示器。背面與正面的石墨烯條為5mm寬和25mm長,為每一5mmx5mm尺寸實現可個別定址畫素。藉由施加0、2至2V等不同偏置電壓至行與列,研究人員可控制交叉區域的顏色,使其從金屬轉變成紙。而無論是將它弄縐或摺疊起來或,顯示器仍能持續作業。

20160614 Bilkent NT01P1 研究人員展示的5×5畫素陣列,配置5mm x 25mm垂直石墨烯電極條的交錯結構

然而,其限制在於摻雜的石墨烯層可能發生氧化。但研究人員相信,以聚合物薄層塗覆表面後,可望顯著改善這種顯示器的耐用性。接下來,Kocabas的研究團隊打算將這種製造方法移植到捲對捲(R2R)相容的製程,使多層石墨烯薄膜變成A4尺寸的列印紙。

正如研究人員在文中的結論,無論是剪貼、摺疊與列印都是印刷產業的常見過程,也可望使這種新穎的顯示器途徑發揮優勢,設計出具有獨特3D形狀與色彩的可再配置顯示器。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Paper and graphene sandwich yields cheap disposable displays,by Julien Happich)