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石墨烯——用作可调谐红外探测器

人气:47 发布时间:2018-04-28
摘要:研究人员已经成功地研发出由石墨烯制成的可调谐红外过滤器,该滤光器将通过控制滤光器的石墨烯折纸的机械形变来改变红外护目镜滤

      研究人员已经成功地研发出由石墨烯制成的可调谐红外过滤器,该滤光器将通过控制滤光器的石墨烯折纸的机械形变来改变红外护目镜滤光器的频率,而不是通过替换用于过滤材料的特定光谱的护目镜。

士兵们经常需要通过烟雾、灰尘或空气中的任何其他烟雾来探测现场或前线的毒素或其他化学物质。为了识别这些化学物质,他们使用红外传感器和光谱仪,这些传感器和光谱仪允许特定颜色的光以对应于每种化学物质的特定频率发光。识别每种化学品将需要士兵用独特的过滤器覆盖护目镜,使得化学信号能够以特定频率(即特定颜色)通过。

这是一项由美国空军科学研究办公室资助的研究,该科研室不仅对那些对不同红外波长敏感的传感器感兴趣,而且对机械可控和可调谐的传感器也很感兴趣。研究结果发表在一篇题为“用于可调谐电浆谐振的机械可重构体系石墨烯”的论文中。

“通常当你将石墨烯放在基板上时,它几乎是透明的,只吸收百分之二点三的光,”南说。“在某些角度上,你可以看到它,我们利用这种多功能性,使其他结构如石墨烯变得灵活而透明。”

 

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      因为它是单原子薄的,石墨烯通常是平的。研究团队提出了一个问题:如果你通过折纸来皱起石墨烯,会发生什么?你能通过改变石墨烯的形貌来改变石墨烯的特性吗?

据介绍,科学家们以前从未尝试过使用其他传统材料的想法,因为它们很脆,不能弯曲易断裂。石墨烯的独特之处在于它不仅薄而且有弹性,这意味着它在弯曲时不易断裂。

“假设我们通过机械变形来产生石墨烯皱纹,”南说。“如果你有一定的尺寸的皱纹石墨烯,那么石墨烯吸收光线的方式会发生什么变化?我们希望将起皱的石墨烯的尺寸与其光吸收联系起来。”

南的团队发现,实际上,由于石墨烯的结构和大小不同,石墨烯吸收光线的方式也有所不同,从而产生不同的颜色。另外,与纸张不同的是,在折叠或折叠后不易平折,石墨烯可以重新拉伸变平并再次起皱。不仅如此,光吸收量可以改变大约10倍。

乔治梅森大学的康教授说:“通过改变形状,您可以通过控制等离子共振条件来吸收不同频率的光线,通过机械控制石墨烯皱纹的高度和波长,你还可以激发不同的表面等离子体激元,从而吸收不同的频率,最后你将会得到一个可调的滤波器。”

 

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      通过选择石墨烯作为红外护目镜的过滤器,用户可以转动旋钮来拉伸和压缩石墨烯。这样就可以改变被吸收的光的波长。因此,作为其应用的一个例子,固体可以很容易地将石墨烯过滤器调整到所需的波长,以匹配它正在寻找的化学物质的类型。

“在传统的过滤器中,一旦你制作了一个过滤器,无论大小如何,都有一个独特的光波长”南总结道。“而使用石墨烯,取决于您拉伸和释放的程度,您可以在不同的波长光下进行通信。”

这项国际合作的工作项目,还得到了美国空军科学研究局和国家科学基金会的支持。

责任编辑:环球石墨烯网