可穿戴显示福音：石墨烯柔性屏幕获突破

随着可穿戴设备日渐汹涌的趋势，适合这类产品的屏幕却成为短板。眼下，这个问题或可得到解决。

日前，三星先进技术研究院与韩国成均馆大学联合宣布，它们已经合成一种能在更大尺度内保持导电性的石墨烯晶体。三星表示，这是一种可以用在柔性显示屏和可穿戴设备上的屏幕显示技术。

这两年，曲面屏或者柔性屏进入了我们的生活。尤其曲面屏已经被三星和LG用在了智能手机和电视屏幕上。尽管是曲面屏，但是跟业内期待的柔性屏技术还有着不小的差距，用业内人士的话说，这叫“为了弯曲而弯曲”。

三星GALAXY Gear 2智能手表

石墨烯原子结构

而此次三星宣布其在石墨烯显示技术上的突破，不仅可以解决很多手机屏幕上的技术难题，同时还可以让智能穿戴设备的屏幕获得满足。为什么这么说呢？还是先让我们了解一下什么是石墨烯吧。

一、什么是石墨烯？

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜、只有一个碳原子厚度的二维纳米材料，是最有可能引发新一轮电子科技领域革命的材料。

sp2杂化碳质材料基本组成单元图

关于石墨烯，我们需要知道的几点它的特质是：

1、是目前世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料，比钻石还坚硬，其强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍，

2、它的透光率极好，几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；

3、石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远超电子在一般导体中的运动速度；

4、是世界上电阻率最小的材料，导热系数高达5300 W/m·K，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，而电阻率只约10-6 Ω·cm；

5、石墨烯结构非常稳定，各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定，使碳原子具有优秀的导电性。

单层石墨烯及其派生物示意图

目前常见的石墨烯材料的制备方法有机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。如果没有猜错的话，三星和成均馆大学采用的是化学气相沉积法（CVD），这种方法可制备出高质量、大面积的石墨烯，但成本较高，工艺复杂。

石墨烯最早是在2004年由英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆教授和康斯坦丁·诺沃肖洛夫教授通过一种很简单的方法从石墨薄片中剥离出来的，二人也由此荣获2010年诺贝尔物理学奖。而科技巨头三星、诺基亚和IBM也在加强这一领域的研究。

二、成就和应用前景

石墨烯技术的未来可以说，一片光明。

目前，已知的、让我们感兴趣的成就包括：

1、最小最快的晶体管诞生。2011年4月7日IBM向媒体展示了其最快的石墨烯晶体管，该产品每秒能执行1550亿个循环操作，比之前的试验用晶体管快50%。这是IBM承接的美国国防部的一个项目的研究成果，主要是研发可用于军用的高性能无线电频率晶体管；

2、全球最小光学调制器。据美国媒体报道，美国华裔科学家使用石墨烯最新研制出了一款调制器，这个只有头发丝四百分之一细的光学调制器具备高速信号传输能力，有望将互联网速度提高10000倍，这也意味着1秒钟内可下载完一部高清电影；

3、首款手机用石墨烯电容触摸屏研制成功。2012年1月8日，江南石墨烯研究院对外发布，全球首款手机用石墨烯电容触摸屏在常州研制成功，为国内首创，这也意味着石墨烯在触摸屏上的应用可以从实验室走向商用；

4、2012年8月，诺基亚的研发部门已经在着手研究石墨烯光电传感器，并且已经在美国专利和商标局注册了一项专利。根据专利描述，石墨烯光电传感器通过多层探测和放大层被互相叠放，以此来吸收和过滤相应颜色的光（不知道是不是用在诺基亚牛B的手机摄像头上）。

诺基亚石墨烯光电传感器原理

由于石墨烯具备柔韧性、导电性和导热性等，它不仅适合用来制造透明触摸屏、液晶显示、有机光伏电池、有机发光二极管等等，甚至还可以用在制造防弹衣、航空航天材料，并有可能成为硅的替代品，用来制造用在超级计算机上的超微型晶体管。

为何适合可穿戴

可穿戴设备作为目前科技产品中最炙手可热的领域受到追捧。无论是华尔街的分析师还是谷歌、三星、英特尔等科技巨头，都把可穿戴设备作为下一个科技革命。

柔性屏幕

目前发布的品类最多的可穿戴设备无意识智能手表和智能手环。这类设备十分爱慕我们的手腕，这也对它们的外观设计提出了要求，就是此类可穿戴设备的屏幕也需要是弯曲的，而目前市面上很多智能穿戴设备的屏幕依然是平面型的，和我们的手腕不能很好贴合。

三星于去年CES上展示的柔性屏

石墨烯的机械强度和柔韧性都比常用材料氧化铟锡优良，氧化铟锡脆度较高，比较容易损毁。通过化学气相沉积法，可以制成大面积、连续、透明、高电导率的少层石墨烯薄膜，并得到高达1.71%能量转换效率；与用氧化铟锡材料制成的元件相比，大约为其能量转换效率的55.2%，这无疑是可穿戴设备屏显技术最佳选择。[!--empirenews.page--]

另外，石墨烯材料不仅具有很好的柔韧性、比钻石还硬的特质，并具备超高透光率和电子迁移率，这可以让它既适用于手腕上的触控，同时又增强了屏幕的抗损能力（毕竟我们的手总是喜欢惹是生非，一不小心就会跟其它物体接触，你的手腕自然也毫不例外）。

而且，很重要的一点是，石墨烯显示技术目前还不适用于大屏幕的情况下，让它关注2英寸以下屏幕无疑是最好的选择，而目前巨大多数智能可穿戴设备的屏幕都在2英寸以下。同时，石墨烯屏幕的成本并不高。

柔性电池

从去年推出的曲面屏智能手机到目前推出的智能手表、智能手环，电池作为其中的“大件儿”，续航能力且先不说，却非要表现出掰不弯的直男形象，这是硬伤。

美国西北大学和伊利诺伊大学共同研发的柔性锂电池

而我们通过前文了解到，石墨烯不仅可以用力在屏幕上，还可以用在电池技术方面，而作者认为，柔性电池技术的发展或就此突破，走上一条弯弯的康庄大道。

总结：

石墨烯技术如果未来应用在可穿戴设备上，将迎刃而解很多技术难题：坐等1年以上的续航能力、可根据手腕粗细调节弧度的柔性弯曲屏，加上照顾你身体各种机能的健康APP应用。即使不能像萌叔韩磊唱得那样《再活五百年》，至少有了这种小保姆型的可穿戴设备能够监督我们日常多锻炼身体、多关注身体健康是一定的了。我们也期待石墨烯技术尽快走入商用，让我们的生活更美好。