南京理工攻破石墨烯材料稳定应用LED

近年来，原子级厚度二维晶体材料，如石墨烯、硅烯和锗烯等，展现出卓越的性能，被广泛应用于信息、能源器件。然而，这些碳族二维晶体也暴露了严重的弱点——零带隙，严重影响了它们在电子、光电子器件中的应用。此外，硫化物二维晶体带隙小于2.0eV，而氮化硼白石墨烯带隙则高达6.0eV。显然，二维半导体的带隙、响应光谱波段存在严重缺失，影响了相应器件的发展。

日前，南京理工大学取得了新型二维半导体研究进展，有望制造出新型材料，极大降低LED灯生产成本。该研究成果已经在线发表在化学与材料等学科顶尖期刊《德国应用化学》上，并被Nature、NanoWerk等学术媒体选为“热点文章”。

据南理工纳米光电材料研究所曾海波所长介绍，取材普遍、成本低廉的石墨烯等新材料非常适合用于制造包括LED在内的信息、能源器件。然而，这些材料的金属、半金属属性成了其致命缺点，不符合LED材料必须具备的半导体属性。如何改变这些材料的属性成了材料学界难以攻克的瓶颈。

南京理工大学研究获得突破，其设计的二维新材料单层砷烯(Arsenene)和锑烯(Antimonene)，只有一个原子厚，恰好具备了半导体属性，且稳定性强、性能优越。能够克服LED芯片原材料氮化镓因成本高昂导致产品价格居高不下的缺点。这一原材料有望在LED灯具上率先使用，并快速降低LED照明产品价格。

日前，英、美等国研究人员都在积极攻克石墨烯材料难题，英国曼彻斯特大学的国家级石墨烯研究所已经研制出新型石墨烯LED灯泡，灯泡形状类似于传统灯丝，在LED灯管上采用石墨烯涂层涂覆。此次南京理工大学的研发成果有助于中国在该产业发展上与国际保持同步。

“制造LED只是这种新材料应用的一个方面，”曾海波介绍，该材料还可以取代硅，应用到计算机、手机芯片的制造上，“一旦应用，谷歌眼镜、智能健康手环等可穿戴电子设备不仅性能会突飞猛进，而且会更加轻薄小巧，价格也会更加亲民。”