Onderzoekers van het Graphene Flagship hebben een nieuwe potentiële toepassing voor grafeen gevonden:mechanische pixels. Door een drukverschil aan te brengen over grafeenmembranen, de waargenomen kleur van het grafeen kan continu worden verschoven van rood naar blauw. Dit effect zou kunnen worden benut voor gebruik als gekleurde pixels in e-readers en andere schermen met een laag vermogen. Het onderzoek was een gezamenlijke inspanning van onderzoekers van de TU Delft, Nederland, en grafeen, Spanje, en de studie is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Nano-letters .

In grafeen ballon apparaten, een dubbele laag grafeen van twee atomen dik wordt afgezet op cirkelvormige inkepingen die in silicium zijn gesneden. De grafeenmembranen omsluiten lucht in de holtes, en de positie van de membranen kan worden gewijzigd door een drukverschil tussen binnen en buiten aan te brengen. Wanneer de membranen dichter bij het silicium zijn, lijken ze blauw; wanneer de vliezen worden weggeduwd, zien ze er rood uit.

Het kleurveranderingseffect ontstaat door interferentie tussen lichtgolven die worden gereflecteerd door de bodem van de holte en het membraan bovenop. Deze gereflecteerde golven interfereren constructief of destructief, afhankelijk van de positie van het membraan, waarbij ze verschillende delen van het spectrum van wit licht optellen of opheffen. Deze interferentie versterkt of vermindert bepaalde kleuren in het gereflecteerde licht.

Dr. Samer Houri, een onderzoeker aan de TU Delft, leidde het spannende werk. "In het begin, we hebben geen aandacht besteed aan de kleuren van de membranen omdat grafeen 'kleurloos' is als het geïsoleerd is. Echter, we observeerden Newton-ringen en merkten dat hun kleur in de loop van de tijd veranderde, " zei hij. Als de membranen extreem vervormd zijn, hun kleur is niet langer homogeen, maar in plaats daarvan verschijnen er cirkelvormige ringen. Deze ringen worden Newton-ringen genoemd ter ere van Sir Isaac Newton, die ze in 1717 bestudeerde.

Santiago Cartamil-Bueno is een Ph.D. student aan de TU Delft, die het experimentele werk uitvoerde en als eerste de kleurverandering waarnam. "Dit biedt niet alleen de colorimetrietechniek voor het karakteriseren van gesuspendeerd grafeen, wat handig is voor bedrijven die grafeen-mechanische sensoren ontwikkelen, maar het biedt ook een middel om weergavetechnologie te implementeren op basis van interferometriemodulatie, " zegt Cartamil-Bueno. Interferometrie modulatie, of IMOD, wordt gebruikt in displays met een laag stroomverbruik, zoals smartwatches en e-books, en wordt steeds belangrijker voor Internet of Things-apparaten. Momenteel, dergelijke displays zijn samengesteld uit mechanische pixels gemaakt van siliconenmaterialen. "Door in plaats daarvan grafeen te gebruiken, met zijn buitengewone mechanische eigenschappen, " Cartamil-Bueno zegt, "een GIMOD (Graphene IMOD) zou de prestaties van het apparaat drastisch kunnen verbeteren - stroomverbruik, pixelreactietijd, faalpercentages, enz.– terwijl elektrische integratie en zelfs flexibele apparaten mogelijk zijn." De onderzoekers werken nu aan het regelen van de kleur van de membranen met elektriciteit, en hopen een schermprototype te hebben voor de Mobile World Conference 2017 in Barcelona.