石墨烯材料的非线性光学研究进展炭材料专栏

石墨烯作为一种极薄的二维晶体,因其优异的物理和化学特性,引起了科学家广泛的关注。由于石墨烯具有热导率和电子迁移率高、比表面积大、宽波段响应、光学带隙可调、易于表面修饰等特性,石墨烯基材料的光学性质受到了越来越多的重视。近年来,科学家已将该类材料成功地应用到非线性光学研究领域并且取得了一系列重要的研究成果。重点阐述石墨烯及其复合材料近年来在非线性光学中的应用进展,首先概述了石墨烯的饱和吸收特性及其在不同脉冲激光锁模方面的应用;其次介绍了氧化石墨烯在不同条件下的非线性光学性质;最后总结了石墨烯复合材料的光限幅性能以及其激光防护器件的制备,并进一步指出了该研究领域仍存在的一些问题。     

石墨烯/纳米减反结构复合透明导电薄膜的研究

石墨烯具有较高的透过率及良好的电导率, 作为透明导电薄膜具有潜在的应用价值。首先在石英基底上引入SiO₂纳米球阵列结构作为光学减反射层, 使石英基底可见光区光学透过率从93.2%增加到99.0%。然后利用常压化学气相沉积方法, 通过基底表面铜颗粒远程催化碳源, 直接在减反层上可控制备具有石墨烯/纳米减反结构的新型复合透明导电薄膜。通过去除SiO₂纳米球阵列结构形成反相复制的石墨烯空心球阵列结构, 且生长时间10 min时, 对应半高宽约40 cm^-1, I_2D/I_G = 2.31, I_D/I_G = 0.77, 证明在SiO₂纳米球阵列减反结构上制备了低缺陷且连续的全包覆少层石墨烯薄膜。引入SiO₂纳米球阵列减反结构后, 其在可见光区光学550 nm波长处的透过率平均提高了5.5%, 方块电阻相对无减反射层基底平均降低了20.09%。本研究方法避免了复杂的转移工序, 减少了对石墨烯的损失与破坏, 同时实现了高透光性及高导电性的功能协同, 在光伏器件、平板显示等领域展示出更大的应用前景。     

我国转角多层石墨烯的呼吸层间耦合研究获进展

<正>据报道,中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室与中国人民大学教授等人合作,利用共振拉曼光谱技术,对转角多层石墨烯的层间呼吸模进行了系统研究。他们发现在转角多层石墨烯界面处的层间呼吸耦合与正常Bernal堆垛多层石墨烯的强度相当。以石墨烯为代表的二维材料具有优良的电学性能和光学性能,因此被期待可用来发展更薄、导电速度更     

石墨烯的研究进展

石墨烯是碳的又一同素异形体,具有独特的二维结构和优异的力学、电学、光学、热学等性能,成为富勒烯和碳纳米管之后的又一研究热点。全面综述了近几年来石墨烯的制备方法,详细讨论了微机械剥离法、化学剥离法、化学合成法、外延生长法、电弧法、化学气相沉积法的优缺点,并针对制备方法存在的产量低、结构不稳定、高污染等问题,提出了一些大规模可控制备高质量石墨烯的建议。还结合石墨烯的结构和特性,概括了石墨烯在复合材料、微电子、光学、能源、生物医学等领域的应用进展,并展望了其主要研究方向和发展趋势。     

手性超材料圆极化波吸收特性研究进展

基于亚波长单元结构的人工电磁超材料具有优异的电磁/光学特性,如负折射率、超分辨率以及极化转化等,使得超材料研究成为近年量子通信、纳米光学、材料科学、能源探测等领域的前沿研究方向,其中以手性超材料的研究尤为突出。手性超材料是指与其镜像不具有几何对称性,且不可通过旋转或平移等任意操作使其与镜像重合的一种新型电磁超材料。超材料的深入研究,极大地丰富了手性结构的建模,为许多隐晦物理现象和理论分析的研究提供了更多有效的方法。手性超材料所具备的超强光学活性、圆二色性以及不对称传输等独特的电磁/光学特性,也为电磁学、物理学、材料科学、光学、声学、纳米科学以及信息科学等领域提供了全新的研究方向。手性是手性分子的一种固有特征,也是生命体征的一种表现,在有机世界中普遍存在,诸如蛋白质、DNA、糖分子、病毒、氨基酸和液晶体等分子。然而在自然界中,手性结构十分有限,有关建模和理论分析仅停留在原始结构的表征。目前,手性超材料的研究正逐步从微波段扩展至太赫兹、红外波段,甚至光波段。基于手性微结构的电磁超材料的实现很大程度上取决于单元结构尺寸和周期阵列排布,因此吸收带宽仍然局限于较窄的频率范围,且对左旋圆极化波(LCP)和右旋圆极化波(RCP)的识别(选择性吸收)能力较弱。随着对手性超材料的进一步研究,微波频段的差异化吸收率逐步提高到90%以上,但在高频段差异化的吸收率仍然较低。此外,随着微纳技术和纳米技术的发展,利用包括半导体材料、相变材料、高电阻/电感/电容薄膜、石墨烯在内的新型功能材料,以及结合集总元件的匹配电路控制,为实现红外、可见光波段的吸波器提供了研究空间。本文介绍了手性超材料对圆极化波的吸收原理,着重阐述了内在手性结构、外在手性结构以及与包括半导体材料、石墨烯等其他新型功能材料相结合的手性超材料吸收光谱的研究进展。这种基于人工电磁微结构的手性吸波特性可应用于极化转化器、电磁能量收集器、红外成像等电磁/光学器件设计中。     

石墨烯薄膜的前驱气体预热化学气相沉积快速制备方法

石墨烯具有优异的光学、电学和力学等性能而备受人们关注,但是目前石墨烯材料受产量、尺寸和均匀性等因素的限制,以至于在终端产品上还没有形成真正的应用。主要阐述了一种利用前驱气体预热化学气相沉积法(PT-CVD)快速制备大面积单层石墨烯薄膜方法,实现石墨烯薄膜批量制备和大面积转移在300mm×300 mm面积的聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底上,并获得在400~800nm光波段下大于95%的光透过率和(146±15)Ω/sq的方块电阻。分别利用扫描电镜、共聚焦拉曼光谱仪、紫外-可见分光光度计和四探针设备等检测了前驱气体预热化学气相沉积法制备的石墨烯薄膜的均匀性、透过率和方块电阻等参数特性。最后,通过解决了石墨烯微纳米线路结构和真空贴合等关键技术实现了石墨烯真实多点电容式触控面板,并成功运用在5.5寸手机终端产品应用上。     

电化学法制备石墨烯和石墨烯/离子液体复合材料研究进展

石墨烯具有独特的二维结构和优异的光学、电学、力学等性能,一直是纳米材料领域的研究热点之一。石墨烯及其复合材料在超级电容器、锂离子电池、太阳能电池等电化学领域有着诱人的应用前景,高质量、高导电性能石墨烯的制备是石墨烯实际应用的关键问题之一。简述了石墨烯常用制备方法,并着重介绍了电化学法制备石墨烯以及石墨烯/离子液体复合材料,并且对石墨烯研究领域的发展趋势进行了总结和展望。     

基于微纳米压印的微透镜阵列光学膜制造研究

目的 实现裸眼3D显示效果的承印基材是微透镜阵列光学膜,本文旨在研究制造微透镜阵列光学膜的方法及在制造过程中的影响因素。方法 采用卷对卷的UV-LED光固化微纳米压印工艺,通过定制化的微纳米压印模具,规模化制造正六角形孔径、蜂窝排布的微透镜阵列光学膜。结果 文中所用的PET膜表面粗糙度均方差约为0.083 μm,可见光波段的透光率为90%~93%,具有良好的表面平整度和较高的透光率,有利于微透镜阵列的成型制造和光学膜优良光学性能的呈现;UV-LED紫外压印光刻胶具有较低的黏度(250 Pa.s,25 ℃)、良好的界面性能(接触角为93°)和较小的固化体积收缩率(3.5%),有利于光刻胶对模具凹槽的填充及微透镜阵列的成型和脱模。对于微纳米压印制造过程,要选择合适的压印力,既要确保光刻胶能够充分地填充模具凹槽,又要避免微透镜阵列的结构受挤压变形而导致损坏模具。当压印速度控制在5~7 m/min时,微透镜阵列的复型精度较高且成型质量较为稳定,不会出现气泡缺陷和拉断缺陷。结论 卷对卷的UV-LED光固化微纳米压印工艺是一种制造微透镜阵列光学膜行之有效的方法。     

聚焦石墨烯宏观体的制备技术和应用前景:一维、二维、三维组装结构

独特的二维结构和优异的理化性能使得石墨烯迅速成为物理、化学以及材料等领域的研究热点。近年来,由二维结构的石墨烯组装形成的石墨烯宏观体材料,因具有本征石墨烯固有的理化性能又具有较大实际比表面积、连通的纳米通道以及良好的力学性能,使其在光学器件、电子器件以及环境治理等领域备受关注。结合当前研究热点,主要概述了石墨烯宏观体的制备及其在超级电容器、光电器件以及环境修复与治理等领域中的应用,简要地评述了石墨烯宏观体材料在制备及应用中面临的挑战,初步指出了未来石墨烯宏观体的发展趋势。     

ZnO纳米棒/石墨烯异质结构的应用研究进展

ZnO纳米棒具有优异的光学性质,石墨烯具有优良的电学性质并且可变形,制备出高质量ZnO纳米棒/石墨烯异质结构能够发挥两者协同效应,有望在高性能光电子器件中实现重要应用。综述了近几年来国内外关于ZnO纳米棒/石墨烯异质结构的最新研究进展,重点包括该结构的各种制备技术及特点,该结构在发光器件、太阳能电池器件、光电探测器以及光催化剂等方面的应用研究进展,最后展望了其未来发展趋势和研究重点。     

石墨烯：化学与结构功能化

石墨烯是由单原子层二维单晶结构构成的一种新型纳米材料,具备光学、力学等优异性能,但其疏水性和生物不相容性限制了其在诸多领域的应用。为解决这一问题,石墨烯功能化成为近年来的研究热点。功能化石墨烯包括石墨烯的衍生物氧化石墨烯、石墨烯聚合物复合材料、转角石墨烯、石墨烯气凝胶、超韧性石墨烯等,主要是在石墨烯材料基础上,通过物理化学处理、结构改进对材料本身进行改性,使其功能化。功能化石墨烯具有优良的光电性能,包括高灵敏度、高响应度、高探测度等,可用于工业检测和监控、三维形貌测量、生物医学等邻域。重点讨论了功能化石墨烯的性质、制备方法,介绍了石墨烯功能化的最新进展。同时,对目前功能化石墨烯所面临的挑战和机遇做了展望。     

石墨烯-晶体硅光伏器件的研究进展

随着化石能源的日益枯竭,能源问题成为当今世界需要解决的首要问题。在将来的世界能源结构中,太阳能有望占据主导地位。石墨烯是已知材料中载流子移动速度最快的,它化学稳定性好,且在可见光波段具有极高的透光性,非常适合应用于光伏领域。石墨烯-硅太阳电池是一种新型的硅基肖特基结太阳电池,具有制备工艺简单,制作成本低等优点,应用潜力巨大。自2010年首次报道以来,器件的光电转换效率已由1.65%迅速提升至15.6%,得到了广泛的关注。简要介绍了石墨烯-硅太阳电池的基本结构和工作原理,从硅表面反射率优化、石墨烯导电性和功函数优化、石墨烯-硅界面优化和n型石墨烯-硅太阳电池等4个方面概述了石墨烯-硅太阳电池的发展历程、研究现状和未来趋势。     

石墨烯的研究现状

石墨烯作为一种具有优异晶体品质和电子性质的二维材料,表现出独特的电子输运、光学耦合、电磁学及其他性质。在过去的几年里,石墨烯已经成为科学界关注和研究的热点。本文主要介绍了石墨烯的基本结构和奇妙性质,总结了制备石墨烯的各种方法．     

电弧法制备石墨烯:工艺参数，生长机理，存在的问题与对策

石墨烯具有完美的二维结构和优异的光学、力学、热学、电学、化学性能,自发现以来就引起了科研界的广泛关注。在过去的十几年间,石墨烯的制备方法不断涌现,电弧法因具有效率高、安全可靠、产品品质高、环境友好、容易得到掺杂的石墨烯等优点而受到广泛关注。总结了反应气氛、压力、催化剂、磁场等因素对电弧法制备石墨烯的影响。同时,对石墨烯在上述影响因素下的生长机理进行论述,分析了电弧法制备石墨烯存在的问题,并提出了相应的解决途径。最后,对我国石墨烯的研究现状进行总体分析,并展望了电弧法制备石墨烯的发展趋势。     

石墨烯/铝复合材料的研究现状及应用展望

<正>石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构新材料。由于其特殊的二维结构,石墨烯的电学、光学、热学和机械性能优异。自2004年被成功制备后[1],石墨烯相关的基础研究和工程应用研究也成为近几年的研究热点之一,在我国已经得到了政府、学术界和企业界的高度重视。国家科技重大专项、国家"973"计划围绕"石墨烯宏量可控制备"、"石墨烯基电路制造设备、工艺和材料创新"等方向     

等离子体增强化学气相沉积可控制备石墨烯研究进展

石墨烯具有超薄的结构、优异的光学和电学等性能,在晶体管、太阳能电池、超级电容器和传感器等领域具有极大的应用潜能。为更好地发展实际应用,高质量石墨烯的可控制备研究尤为重要。等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术具有低温和原位生长的优势,成为未来石墨烯制备方面较具潜力的发展方向之一。本文综述了PECVD技术制备石墨烯的发展,重点讨论了PECVD过程中等离子体能量、生长温度、生长基底和生长压力对石墨烯形核及生长的作用,概述了PECVD制备石墨烯的形核及聚结机制、刻蚀和边缘生长竞争两种不同机制,并指出PECVD技术制备石墨烯面临的挑战及发展。在未来的研究中,需突破对石墨烯形核及生长的控制,实现低温原位的大尺寸、高质量石墨烯薄膜的可控制备,为PECVD基石墨烯器件在电子等领域的应用奠定基础。     

石墨烯的化学气相沉积法制备及其表征

石墨烯是由sp2杂化的碳原子键合而成的具有六边形蜂窝状晶格结构的二维原子晶体,其具有电学、力学和光学等方面一系列优良性能,使得它在各个领域的应用一直被人们所关注。然而,石墨烯的工业化制备仍然面临着巨大的挑战。本文采用化学气相沉积法(CVD)制备石墨烯,并用拉曼光谱、高分辨率扫描电镜和X射线多晶衍射对其进行了分析和表征。研究结果表明,用CVD法制备石墨烯具有工业化的可能。     

电弧法制备石墨烯:工艺参数,生长机理,存在的问题与对策

石墨烯具有完美的二维结构和优异的光学、力学、热学、电学、化学性能,自发现以来就引起了科研界的广泛关注.在过去的十几年间,石墨烯的制备方法不断涌现,电弧法因具有效率高、安全可靠、产品品质高、环境友好、容易得到掺杂的石墨烯等优点而受到广泛关注.总结了反应气氛、压力、催化剂、磁场等因素对电弧法制备石墨烯的影响.同时,对石墨烯在上述影响因素下的生长机理进行论述,分析了电弧法制备石墨烯存在的问题,并提出了相应的解决途径.最后,对我国石墨烯的研究现状进行总体分析,并展望了电弧法制备石墨烯的发展趋势.     

等离子体增强化学气相沉积可控制备石墨烯研究进展EI北大核心CSCD

石墨烯具有超薄的结构、优异的光学和电学等性能,在晶体管、太阳能电池、超级电容器和传感器等领域具有极大的应用潜能。为更好地发展实际应用,高质量石墨烯的可控制备研究尤为重要。等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术具有低温和原位生长的优势,成为未来石墨烯制备方面较具潜力的发展方向之一。本文综述了PECVD技术制备石墨烯的发展,重点讨论了PECVD过程中等离子体能量、生长温度、生长基底和生长压力对石墨烯形核及生长的作用,概述了PECVD制备石墨烯的形核及聚结机制、刻蚀和边缘生长竞争两种不同机制,并指出PECVD技术制备石墨烯面临的挑战及发展。在未来的研究中,需突破对石墨烯形核及生长的控制,实现低温原位的大尺寸、高质量石墨烯薄膜的可控制备,为PECVD基石墨烯器件在电子等领域的应用奠定基础。     

功能化石墨烯光电探测器研究进展

石墨烯是一种具有零带隙能带结构、常温下极高的电子迁移率、极低的电阻率以及高透光性的新型碳材料。基于石墨烯优异的光学特性、电学特性和光电性能使其成为下一代高频、超快、宽光谱光电器件的优良材料。目前已有许多基于石墨烯的光电探测器研究,简要介绍了石墨烯的性质、结构和光电探测器的基本原理,重点讨论了功能化石墨烯在光电探测器领域的应用和研究现状,并指出了存在的不足,展望了未来的发展方向。