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新型石墨烯基太赫兹吸收器诞生:未来应用前景好!
发布时间:2017-09-18 10:10:06 阅读:388

来源:搜狐IntelligentThings号

    石墨烯,于2004年被从石墨中成功剥离出来。它是一种性能卓越的特殊二维材料,是单层碳原子组成蜂窝状结构,厚度只有人类发丝直径的百万分之一,但强度却胜过钢铁百倍。除此之外,它的导电、导热、透光等性能都非常优秀,一直成为全球各国科学界和工业界关注的热点。笔者介绍过石墨烯在半导体、可穿戴技术、柔性电子、传感器、太阳能、航天能源技术、分子电子等众多领域的应用,及其制备方法和电子特性的研究。

    太赫兹泛指频率在0.1~10THz 范围内、介于微波和红外线之间的电磁波。太赫兹技术,是一个交叉学科的前沿领域,世界上很多国家对这项技术都颇为重视。我国政府在2005年11月专门召开了“香山科技会议”,邀请国内多位在该领域有影响的院士专门讨论我国太赫兹事业的发展方向,并制定了发展规划。

(图片来源:维基百科)

    太赫兹可以像X光和声波一样,能穿透物体表面成像。另外,太赫兹的频率很高,所以其空间分辨率也很高;又因为其脉冲很短(皮秒量级)所以具有很高的时间分辨率。因为不同的化学物质,可以不同程度地吸收不同频率的太赫兹辐射,表现出独特的频率特征,所以太赫兹辐射已被广泛应用于安全检查。此外,太赫兹还可以应用于成像、存储、通信、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学、无损检测等多个领域。

    创新

(图片来源:石墨烯旗舰项目)

    最近,来自意大利 CNR-Istituto Nanoscienze 和英国剑桥大学的石墨烯旗舰项目(Graphene Flagship)的研究人员使用由液相剥离法、转移涂层沉积、喷墨印刷技术制造出的石墨烯,创造出一种太赫兹可饱和吸收器。

    石墨烯旗舰项目将相关研究论文发表于《自然通信》杂志。该论文报道了一种太赫兹可饱和吸收器,它比迄今为止的其他设备的吸收调制要高一个数量级。

    技术

    太赫兹可饱和吸收器在太赫兹波段(远红外)会随着光线强度的增加,而降低其对于光线的吸收,因此在太赫兹激光器的开发、光谱和成像应用等方面具有巨大潜力。

    意大利 CNR-Istituto Nanoscienze 的石墨烯旗舰项目研究员 Miriam Vitiello 说:“我们启动可饱和的太赫兹吸收器方面的工作,旨在解决制造具有超薄和柔性的集成组件的小型化锁模激光器,同样也具有良好的调制。”

    石墨烯是一种非常具有前途的可饱和的吸收器,因为它具有固有的宽带操作和超快速的恢复时间,以及制造和集成方面的简便性。在太赫兹波段,本篇论文通过液相剥离法制造出石墨烯,这种方法适合量产以及准备油墨,并且很容易通过转移涂层或者喷墨印刷的方式沉积。Vitiello 说:“对于我们来说,使用石墨烯非常重要,它可以集成到具有柔性和控制的激光系统中,喷墨印刷加上涂层转移技术可以实现它。”

    价值

    使用锁模的激光器制造太赫兹范围内的超高速脉冲,具有非常有意思和振奋人心的应用。Vitiello 表示:“当飞行时间地形测绘非常重要时,这些设备可用于医疗诊断,你可以看到组织内部的肿瘤。”

    石墨烯旗舰项目光子和光电工作组的领头人、西班牙光子科学研究所的 Frank Koppens 专注于开发石墨烯基成像和感知、数据传输和其他光子学应用方面的技术。他说:“这是对于现有应用产生直接影响的一个新发现。这显然是石墨烯在效率、可扩展性、紧凑性和速度方面击败现有材料的一个例子。”

    石墨烯旗舰项目科技总监、管理小组的主席 Andrea C. Ferrari 补充说:“这是一个重要的里程碑,他展示了可简便制造和可印刷性的石墨烯油墨,它也可以用于太赫兹范围内超高速激光器。从旗舰项目开始算起,已经制造出了一系列的激光器,覆盖了可见光到红外线的光谱范围,而现在是非常重要的太赫兹波段,它具有安全以及医疗诊断方面的应用,最终可以通过石墨烯实现,开启另外一个可能的应用领域。”

    参考资料
    【1】
https://graphene-flagship.eu/graphene-based-terahertz-absorbers
    【2】
http://dx.doi.org/10.1038/ncomms15763

 
 

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