گرافن در صفحات نمایش

گرافن ابتدا در سال ۲۰۰۴ شناسایی شد اما تنها در ۵ سال اخیر حرکت هایی به سمت تجاری سازی آن آغاز شده است. گرافن ویژگی های الکترونیکی برجسته ، تحرک پذیری الکترونی بسیار بالا و هدایت بی نظیری دارد. رسانای فوق العاده ای است بطوریکه الکترون ها را با سرعت ده برابر بیشتر از سیلیکون منتقل می کند. این ویژگی هاگرافن را به کاندیدای ایده آلی برای کاربردهای الکترونیکی نسل های آتی از قبیل ترانزیستورها، باتری ها، ابر خازن ها و سنسورها مبدل کرده است. اگرچه فقدان باند گپ، استفاده از گرافن را برای برخی کاربردها مانند سوییج های دیجیتالی با نسبت  بالای جریان روشن – خاموش محدود کرده است ، خوشبختانه تهییج حبس کوانتومی و اثرات لبه در نانو نوارهای گرافنی با لبه های یکنواخت ، عرض کم (GNRs) و  قابل کنترل ، این عیب را پوشش می دهد. کاربردهای الکترونیکی گرافن در آینده نزدیک به تگ های آر اف آی دی، صفحات نمایش با رزولوشن کم ، سنسورها ، پردازش سیگنال آنالوگ و پکیج ادوات الکترونیکی اختصاص خواهد یافت.  از طرفی جوهرهای پایه گرافنی راه خود را به بازار تجهیزاتی چون کارت های هوشمند باز کرده‌اند.

صفحات لمسی و صفحات نمایش

توسعه تجهیزات الکترونیکی انعطاف پذیر و شفاف به مواد جدید انعطاف پذیر، رسانا ، سبک و کم هزینه بستگی دارد. انتظار می رود تقاضا برای رساناهای شفاف در وسایل الکترونیکی مانند صفحات لمسی ، صفحات  نمایش ، نور حالت جامد و فوتوولتاییک ها به سرعت افزایش یافته و در زندگی ما فراگیرشوند. در حال حاضر  حدود ۲۰۰ شرکت و مراکز تحقیقاتی به دنبال مواد جایگزین برای اکسید قلع ایندیوم از قبیل مش های فلزی، نانو سیم های نقره ، پلیمرهای هادی ، نانو تیوب های کربنی و سایر مواد دو بعدی می باشند. طبق تحقیقات انجام گرفته گرافن به دلیل ویژگی های منحصر بفرد خود به عنوان پتانسیل بسیار مطلوب، جهت جایگزینی برای رسانای شفاف اکسید ایندیوم قلع (ITO) به بازار الکترونیک معرفی شده است.

از عواملی که باعث شد محققان به دنبال جایگزینی برای اکسید ایندیوم قلع باشند می توان به هزینه بالا،  مراحل ساخت پیچیده وکاهش تدریجی منابع تامین آن اشاره کرد . از جهتی دیگر چون بسیار سفت و سخت  است استفاده آن برای ادوات انعطاف پذیر قطعا محدود خواهد شد. بنابراین شبکه ای از نانو ساختارهای گرافنی جایگزینی ارزان، انعطاف پذیر و بسط یافتنی برای اکسید ایندیوم قلع پیشنهاد شدند (جدول ۱). فیلم های گرافنی تقریبا روی هر بستری نشست داده  شده و در نهایت به هادی تبدیل می شوند. در نتیجه کاربرد رساناهای های شفاف فاقد این اکسید مثل گرافن به صورت فزاینده ای در سنسورهای لمسی ، صفحات نمایش، روشنایی ها، پنجره های هوشمند و محافظ هایEMI  رو به پیشرفت می باشند.

جدول 1: خواص مواد برای فیلم رسانای شفاف.

باطری های لیتیوم- یون

در میان تولید کننده ها ، سازنده ها و توسعه دهنده های کاربردی در زمینه OEMS ، شرکت تجاری سامسونگ یکی از پیشتازان تکنولوژی در عرصه رساناهای شفاف پایه گرافنی است. 

شکل 1 : تصویری از نمونه اولیه تلفن هوشمند گرافنی از شرکت سامسونگ.

در این میان چینی ها نیز ادعا هایی مبنی بر تولید صنعتی گرافن دارند. شرکت Chongqing Morsh Technology ادعا کرده است که در تولید محصولاتشان از گرافن تک لایه ۱۵ اینچی استفاده خواهد کرد و قرارداد تجاری برای ساخت ۱۰ میلیون فیلم رسانای شفاف پایه گرافنی (TCFs) برای کاربرد در صفحات لمسی با شرکت Guangdong Zheng-yang وتولید کننده OGS منعقد کرده است.

شرکت های نام آشنای Vorbeck Materials (http: //vorbeck.Com) و BASF (www.basf.com   جهت  توسعه گرافن رسانا برای تولید پوشش ها و ترکیبات هادی بخصوص در صنعت الکترونیک تلاش می کنند. مجموعه های دیگری نیز از قبیل Frontiers (www.graphenefrontier.com) Graphene ،Graphenea (www.graphenea.com) و Graphene Devices (www.graphenedev.com در این زمینه فعالیت چشمگیری کرده و در حال توسعه روش هایی برای تولید گرافن در مقیاس صنعتی هستند.

شکل 2 : فیلم رسانا  از شرکت Graphena.

در این میان ، شرکت Graphene Frontiers اذعان دارد مشکلات تولید در تناژ بالا را حل کرده و فیلم های گرافنی  CVD هم اکنون در مقیاس انبوه ساخته شده و تقریبا روی هر زیر لایه ای قرار می گیرند. این شرکت ادعا  می کند  روش اختراعی در انتظار ثبت دارد که به دلیل تولید کم هزینه و انتقال گرافن بدون اچینگ  ، بازارهای جهانی چند بیلیون  دلاری سنسورها، ذخیره کننده های انرژی و ادوات الکترونیکی انعطاف پذیر را مختل خواهد کرد. محصول این کارخانه با کد GF3012 فیلم شفاف و رسانایی می باشد که به منظور جایگزینی با ITO  روی شیشه لایه نشانی می شود. از آنجایی که اغلب تولیدکنندگان گرافن ، صنعت الکترونیک را به عنوان بازار کلیدی ، هدف گذاری کرده اند لذا بیشتر تحقیقات خود را روی وسایل الکترونیکی متمرکز کرده اند.

به عنوان مثال، شرکت انگلیسی HEY-DALE جوهر های رسانای پایه گرافن را با همکاری شرکت Gwent Electronic Materials  تولید می کنند که در تجهیزات الکترونیکی انعطاف پذیر کاربرد فراوانی دارد. در همین راستا شرکت (http://bluestonegt.com)  Bluestone Global Tech ، محصولی به نامGrat –FilmTM را به منظور کاربرد در پنل های لمسی و LED ها عرضه کرده است.                                                   

شرکت چینی Power Booster  نیز تولید گرافن TCF ۶۰ اینچی را در سال ۲۰۱۲ و فیلم گرافنی 2 m۵/۷  بر روی مس و پنل های لمسی تک/ چند نقطه ای ۳ تا ۲۰ اینچی  را در سال ۲۰۱۳ وارد بازار نموده است.

شکل 3: نمونه اولیه از پنل انعطاف پذیر از شرکت Powerbooster

برخی از آزمایشگاه های تولید گرافن ، فیلم های رسانای گرافنی خود را از طریق شرکت Graphene  Supermarket به فروش می رسانند. شرکت سونی نیز پیشرو در تولید این محصولات معرفی شده بطوریکه در سال 2013 ساخت فیلم رسانای گرافنی شفاف با کیفیت بسیار بالا ، طول 100 متر و مقاومت پایین ورق حدود / sq Ω 150 را گزارش کرده است. قابلیت ساخت مجدد،  مقیاس پذیری و مقرون به صرفه بودن این فیلم ها جهت استفاده در  وسایل کاربردی در حال توسعه است. از طرفی، موفقیت حضورگرافن در رساناهای های شفاف وابسته به توسعه مواد جایگزین رقابت کننده مانند فیلم های نازک فلزی ، فیلم های نانو سیم فلزی ، پلیمرهای رسانا و اقسام متنوعی از  فیلم های هیبریدی دارد. پیش بینی های انجام شده توسط شرکت های معتبر نشان می دهد که بازار گرافن در حال گسترش بوده و سرمایه گذاری دراین حوزه ادامه دارد.