2013年全球首台石墨烯飞秒光纤激光器诞生。同时,该激光器还创造了脉冲宽度最短(105fs)和峰值功率最高(70kW)两项石墨烯飞秒光纤激光器世界纪录。
飞秒光纤激光器的应用领域非常广阔,包括激光成像、全息光谱及超快光子学等科研应用,以及激光材料精细加工、激光医疗(如眼科手术)、激光雷达等领域。传统的飞秒光纤激光器核心器件——半导体饱和吸收镜(SESAM)采用半导体生长工艺制备,成本很高,且技术由国外垄断。
在飞秒光纤激光器领域,石墨烯被认为是取代SESAM的最佳材料。2010年诺贝尔物理学奖获得者撰文预测石墨烯飞秒光纤激光器有望在2018年左右产业化。要实现真正的产业化,需要解决高质量石墨烯制备、大规模低成本石墨烯转移、石墨烯与光场强相互作用、石墨烯饱和吸收体封装以及激光功率稳定控制等一系列关键技术。泰州巨纳新能源有限公司经过多年持续研究,成功攻克了这些关键技术,率先实现了石墨烯飞秒光纤激光器的产品化,主要性能指标均高于同类产品,具有很高的性价比和很强的市场竞争能力。
而在最近,欧盟未来新兴技术(FET)石墨烯旗舰计划发布了首份招标公告和科技路线图,介绍了拟资助的研究课题和支持课题,以及根据领域划分的工作任务,每项课题都涉及多项工作任务。接下来OFweek激光网带你看欧盟石墨烯具体发展路线图:
一、欧盟石墨烯科技路线图
根据路线图,石墨烯旗舰计划将分两阶段进行:初始热身阶段(2013年10月1日至2016年3月31日,共资助5400万欧元)和稳定阶段(2016年4月开始,预计每年资助5000万欧元)。
化学传感器、生物传感器与生物界面
石墨烯及相关材料(GRM)对分子间相互作用非常敏感,是制造化学传感器的理想材料,理论上可以实现单分子检测,更进一步还能开发用于生物系统的界面传感器。新兴传感技术与生物学的融合能实现亚细胞分辨率的细胞表面动力学研究,并制造出新型器件。该课题旨在研究与开发基于GRM的医用新技术,具体目标包括:实现对单分子(无论是气相还是液相)的选择性检测;开发细胞仿生系统;检测膜/细胞表面的电场与化学梯度;开发多向界面,解决电子器件与生物软组织间的机械失配问题。
GRM与半导体器件的集成
GRM与传统的基于硅、GaAs、GaNg、InP的半导体器件的集成,可以提升混合系统的性能。该课题旨在针对GRM膜的转移与键合开发一种产业级的可扩展方法,从而实现GRM在半导体平台上的后端集成。相关提案须关注GRM的转移与键合,以及GRM与半导体器件间界面的设计。结合了GRM和半导体材料两者功能的混合系统应作为工作集成器件发挥其潜能。
具体目标包括:寻求一条可扩展的途径,以便GRM膜集成到半导体系统时能实现晶片规模集成;针对电学、力学、热学性质和其他接触性质,对GRM与半导体器件的相互作用进行设计,以实现不同目标的应用;使用最先进的计量技术评估被集成的GRM层的质量;实现混合系统的实际应用。
面向射频应用的无源组件
该课题旨在开发与测试天线、电子互连、热扩散层、过滤器和微机电系统等无源组件在高频电子领域的不同应用。该课题还关注包括可用开关控制的屏障、自混合天线与光学透明器件在内的新型微波天线与器件。具体目标包括:设计并实现基于GRM的无源射频组件;使用最先进的表征技术和评估方法验证组件性能,以满足不同应用的具体需求;申请者应在提案中清楚描述和探讨其预想的无源组件优于传统技术之处。
硅光子学的集成
该课题旨在面向下一代计算与通信系统,开发集成GRM与硅波导和无源光路的方法,特别是可使现有的类CMOS硅制造基础设施在未来实现晶片规模集成的可扩展方案。具体目标包括:展示GRM与硅基光电集成电路晶片规模集成的可能性;在集成GRM基调制器和检测器与硅光子电路的基础上对光互连进行验证;利用最先进的计量技术,优化和评估电路的性能与能效;证明非线性器件可实现全光数据处理。
高频电子学
该项任务旨在针对基于石墨烯的高频电子技术的开发制定长期愿景。具体目标包括:优化关键的加工技术,涉及接触电阻、栅极堆栈、钝化、带隙工程和不同二维材料的整合;确定制造石墨烯基高频集成电路面临的关键技术瓶颈,并开发相应的解决方案;针对石墨烯基高频器件的制造提出新理念;针对材料、流程和器件定义相应的标准化途径;将石墨烯视为下一代高性能电子材料,制定清晰、详细的开发路线图。
光电子学
该项任务旨在通过石墨烯电子和光子组件(如激光器、开关、光波导、光频3 转换器、放大器、空腔、调制器、光检测器、纳米光子组件、超材料、太阳能电池等)的融合与集成,创建新的石墨烯光子学和光电子学领域。这需要针对石墨烯及相关的二维层状材料开发不同的制造方法。此外,还需提供广泛的理论支持,以促进对石墨烯及二维材料光学行为和光电响应的理解。
传感器
该项任务旨在开发基于石墨烯薄膜的传感器件,特别是开发灵敏度高、用途广的传感器件,并通过建模对其进行原理验证。具体任务包括:样品制备与基础测试;传感器工作原理描述;通过建模进行技术和可行性评估。
柔性电子学
该项任务旨在研究石墨烯在柔性电子器件和系统开发所需的关键技术方面的用途,涉及材料与制造过程、灵活的能源解决方案、柔性射频电子学和无线连接方案、柔性传感器、柔性无源电子技术、面向柔性电子学的系统级平台等领域。
与招标公告同时发布的还包括一份石墨烯科技路线图。该路线图计划每两年更新一次,旨在为基于石墨烯、二维晶体和混合系统产品的开发提供指导。[JF:Page]
二、石墨烯特性、应用以及发展状况
2004年,两位俄裔英籍科学家将石墨烯成功从石墨中分离。石墨烯集合世界上最优质的各种材料品质于一身。石墨烯无疑是过去十年,乃至未来几十年,所有材料“明星”中最耀眼的一颗。如果说20世纪是硅的世纪,神奇的石墨烯则是21世纪新材料的宠儿。
虽然发现至今尚不足十年,石墨烯却不断在科学界、产业界引发一轮轮波澜。随着人们对它的认识逐渐明晰,其神秘面纱就像发现之初那样被一层层揭开——薄且坚硬,透光度好,导热性强,导电率高,结构稳定,电子迁移速度快,能在常温下观察到量子霍尔效应……
从假设到现实
石墨烯的发现,之所以意义重大,是因为它创造了诸多“纪录”
石墨烯是构成石墨、木炭、碳纳米管和富勒烯等碳同素异形体的基本单元材料,是一种二维晶体。
石墨烯的结构一直被认为只存在于理论之中,无法单独稳定存在。直至2004年,英国物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功地从石墨中分离出石墨烯,才证实它可以单独存在。
最初,科学家从石墨中剥离出石墨片,然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上,撕开胶带,就能把石墨片一分为二。通过反复的操作,石墨片变得越来越薄。最后,他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片,这就是石墨烯。
石墨烯是世上最薄的材料。
“石墨烯只有0.34纳米厚,十万层石墨烯叠加起来的厚度大概等于一根头发丝的直径,人们用肉眼是看不见它的。”中科院重庆研究院微纳制造与系统集成研究中心副主任史浩飞接受《中国科学报》记者采访时如此描述。
石墨烯是人类已知强度最高的物质。
它比钻石还坚硬,强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。
哥伦比亚大学的物理学家用金刚石制成的探针测试石墨烯的承受能力,在被实验的石墨烯样品微粒开始碎裂前,它们每100纳米距离上可承受的最大压力竟然达到了2.9微牛左右。这意味着,“如果用石墨烯制成包装袋,那么它将能承受大约两吨重的物品”。
石墨烯电阻率极低,电子迁移的速度极快。
在石墨烯中,电子能够极为高效地迁移,迁移速率仅为光速的三百分之一,远远高出其在硅、铜等传统半导体和导体中的速率。
“电子在石墨烯里边好像没有质量一样,运动速度非常快。”中国科学技术大学教授曾长淦表示,“电子能量不会被损耗的特点,使这种材料具有了非比寻常的优良特性。”
它的另一特性让材料学家更为惊喜,该材料几乎完全透光,透光率在97%以上。
2012年,美国IBM公司成功研制出首款由石墨烯圆片制成的集成电路,使得石墨烯特殊的电学性能彰显出应用前景。中科院院士高鸿钧对此表示:“石墨烯材料具有优异的电学性质,有望被用于制造新一代高性能电子学器件。”
引导科技革命
在世界范围内,针对石墨烯研究与应用的热潮在持续涌动
石墨烯神秘又神奇的特殊性能让人们对它的应用充满幻想。
在国内,有关石墨烯的应用研究开展得如火如荼。
我国在石墨烯的基础研究与产业化推进中处于世界前列,多支研究队伍在石墨烯的性能研究与制备技术方面取得突破性成果。其中,中国科学院重庆绿色智能技术研究院的石墨烯薄膜制备技术以2.1亿元人民币的价格实现转让,更是让研究者与开发者蠢蠢欲动。
在世界范围内,针对石墨烯研究与应用的热潮在持续涌动。
据剑桥知识产权公司的统计数据显示,截至今年5月,全球已经获批和正在申请的石墨烯专利共计9218项,专利申请数量在过去5年更是增加了4倍;自2004年开始,石墨烯领域的相关研究论文呈指数上升趋势,迄今论文总数已超过2万篇,仅2012年一年就超过了6000篇。
“从来没有一种材料能像石墨烯这样在各个领域都广受关注。”曾长淦感慨,虽然国内外目前还没有实实在在的石墨烯产品问世,“但它是众多‘明星’材料中最接近应用的材料。”
超轻防弹衣、超强光转换效率激光武器、超薄超轻型飞机、超薄能折叠的手机、高强度航空材料、高性能储能和传感器、超级电容器,甚至更富想象力的太空电梯,越来越多基于石墨烯材料的未来设备进入科学家的研究视野。
其中,透明电极的应用最引人注目。
“石墨烯良好的电导性能和透光性能,使它在透明电导电极方面有非常好的应用前景。”曾长淦表示,如今电子产品中的触摸屏、液晶显示、有机光伏电池、有机发光二极管等都需要良好的透明电导电极材料。
传统的电导电极应用的是氧化铟锡,而这种材料脆度较高,比较容易损毁。
与之相比,石墨烯不仅更加坚硬,性能也更好。
“氧化铟锡光通过率比较低,用石墨烯的话,显示器的屏幕会更亮。”曾长淦表示,石墨烯在透明电极方面的应用会大幅降低电子设备的成本,并使其更省电、更清晰,“十年内,石墨烯在透明电极方面肯定能够实现商业化”。
97%以上的光通过率在为透明电极的应用带来变革的同时,也使太阳能产业的升级成为可能。
据专家介绍,当前市面上的太阳能电池板基本为多晶硅,其光电转换率为30%左右,而石墨烯太阳能技术的光电转换效率高达60%,是现有多晶硅太阳能技术的2倍。
近期,美国麻省理工学院与苹果公司相继发布研究报告,论述了石墨烯作为太阳能电池为电子设备提供能源的可能,苹果公司更是为此提交了专利申请,为在电子设备中搭载石墨烯太阳能电池提供解决方案。
中科院宁波材料技术与工程研究所研究员刘兆平在接受《中国科学报》记者采访时表示,石墨烯微片可以与锂离子电池电极活性材料颗粒形成二维导电接触,在电极中构建三维导电网络,因而可大幅提升电池综合性能。
初步实验结果表明,与常规方案的电池相比,采用石墨烯导电剂的钴酸锂电池容量高出3%,放电容量从72%提高到92%。
突破制备技术
制备技术是石墨烯进入应用领域、实现产业化的拦路虎之一
尽管国内外科学家对石墨烯的研究越来越透彻,对其应用的探索成果也不断涌现,然而市面上却鲜有真正的石墨烯材料产品问世。
制备技术是石墨烯进入应用领域、实现产业化的拦路虎之一。高成本的制备技术推升了石墨烯的市场价格,其价格一度达到每克5000元,是黄金的十几倍。
高鸿钧在去年年底召开的以石墨烯为主题的香山科学会议上直言,我国在石墨烯制备方法研究领域还面临较大挑战。“挑战主要在于如何制备大面积、杂质缺陷可控的高质量单晶材料以及如何改进现有硅基工艺融合的石墨烯加工技术。”
尽管如此,我国科学家在石墨烯的制备技术研发方面仍然实现了重大突破。刘兆平率领研究团队历经多年努力,研发出了石墨烯产业化制备技术,将石墨烯的制造成本从每克5000元降至每克3元,直接带来国外客户的大量订单。
去年年初,中科院重庆绿色智能技术研究院宣布实现了15英寸单层石墨烯的制备,并成功地将石墨烯透明电极应用于电阻触摸屏上,制备出7英寸石墨烯触摸屏。
值得一提的是,上述两个研究团队均与上海南江集团联合创建了专业的石墨烯生产公司,分别量产石墨烯微片与石墨烯薄膜。
微尺度物质科学国家实验室的曾长淦研究团队更是另辟蹊径,将常规的基于气态碳源的铜表面石墨烯生长需要1000℃的高温降至300℃,创造了石墨烯化学气相沉积法生长的最低温度。
“随着石墨烯制备技术的升级,产业化生产的条件也不断成熟,相信在未来几年,石墨烯制成的新产品将不断涌现。”曾长淦表示。
三、国外在石墨烯领域的研究发展状况
韩国
专利量居全球第三
近年来,韩国政府积极支持本国科研机构和公司开展石墨烯技术研发及商业化应用研究。2007至2009年间,韩国教育科学技术部等部门累计资助了90项相关研究项目,经费达到1870万美元。2012至2018年间,韩国原知识经济部预计将向石墨烯领域提供2.5亿美元的资助,其中1.24亿美元用于石墨烯技术研发,1.26亿美元用于石墨烯商业化应用研究。
2013年,韩国产业通商资源部宣布,将整合韩国国内研究机构与企业力量推进石墨烯商业化发展。包括韩国科学技术院在内的41家研究机构与6家企业形成石墨烯联盟。政府将在未来6年投入4230万美元,帮助企业实现石墨烯的应用产品与相关技术商业化。韩国政府希望以此来打造每年约153亿美元的市场,创造3.4万个就业机会,形成25家全球领先企业,全面推动韩国经济的发展。
在政府的高度重视与支持下,韩国在石墨烯技术走向市场方面取得了诸多突出的成果。2010年,韩国三星公司和成均馆大学的研究人员在一个63厘米宽的柔性透明玻璃纤维聚酯板上,成功制备出电视机大小的纯石墨烯,并用该石墨烯制造了柔性触摸屏。2011年,韩国科学技术院的研究人员利用石墨烯成功研制出大容量、可挠式的超级电容器,有望应用在电动汽车和智能电网等领域。同年,韩国研究人员,开发出基于石墨烯的柔性有机电致发光器件。[JF:Page]
尽管欧洲是石墨烯的诞生地,但在石墨烯创新方面,韩国的实力特别不容小觑。根据2013年1月剑桥知识产权代理有限公司发布的报告,韩国的石墨烯专利量居全球第三,达到1160项,远高于欧洲其他国家,仅次于美国和中国。韩国三星的石墨烯专利量多于世界上任何一家公司,拥有407件石墨烯专利和专利申请。
英国
学院企业联手研发
2010年,英国曼彻斯特大学海姆和诺沃肖洛夫教授因在石墨烯研究领域的杰出贡献而获得诺贝尔物理学奖。
2011 年英国在《促进增长的创新与研究战略》中将石墨烯确定为今后重点发展的四项新兴技术之一,并宣布将投入5000万英镑支持石墨烯研发和商业化应用研究,力图确保英国在石墨烯领域的领先地位,并使这种材料在未来几十年里从实验室进入生产线并最终走向市场。
英国推进石墨烯的商业化进程将主要在英国国家石墨烯研究所进行。该所由英国政府和曼彻斯特大学投资建设。研究院将集中全英的研究力量,为学术界、企业界提供合作平台,以支持石墨烯技术的早期开发和应用研究。同时,英国工程和自然科学研究委员会、英国技术战略委员会将投入约1000万英镑,建立一个以新兴技术探索和市场开发为核心的创新中心,致力于开发、应用、探索新的石墨烯技术,以真正实现石墨烯在商业上的应用。
凭借“在二维石墨烯材料的开创性实验”,这两位科学家共同获得了2010年的诺贝尔物理学奖。
石墨烯的发现,之所以意义重大,是因为它创造了诸多“纪录”。
2012年12月,英国政府又追加2150万英镑资助石墨烯的商业化探索研究,这笔投资将用于支持尖端研究项目以发现石墨烯的日常用途。项目参与机构包括帝国理工大学、剑桥大学、杜伦大学、埃克塞特大学、曼彻斯特大学和皇家霍洛威学院等。
这些大学的工业合作伙伴包括芬兰诺基亚公司、英国BAE系统公司、美国宝洁公司、英国国防科技集团、英国戴森公司、英国罗罗公司、日本夏普公司和荷兰飞利浦公司等。其中,剑桥大学将开展石墨烯在柔性电子和光电子方面的应用研究,如触摸屏等。帝国理工大学将开展石墨烯在多功能涂层、纤维复合材料方面的应用研究。剑桥大学将和曼彻斯特大学合作探索石墨烯在能源存储方面的应用研究,如超级电容器和电池等。美国宝洁公司、英国戴森公司将和杜伦大学合作探索石墨烯复合材料的潜在应用领域。
欧盟
诺奖科学家领衔
欧洲是石墨烯的诞生地,十分注重在这一领域提前布局。欧盟委员会认为,从长期看,石墨烯材料可能同钢铁、塑料一样重要,有可能代替硅成为信息技术的基础材料,还可能在能源、交通和医疗领域发挥重要作用。
2013年1月,欧盟委员会将石墨烯列为“未来新兴技术旗舰项目”之一,10年提供10亿欧元资助,将石墨烯研究提升至战略高度。
石墨烯旗舰项目的使命是让石墨烯从实验室走向社会,促进经济增长并创造新就业。旗舰项目将组成产学研联盟,涵盖从材料生产到零件和系统集成的整个价值链。从2013年开始,旗舰项目将协调来自欧洲17个国家学术界和产业界的126个研究组,计划在30个月内投入5400万欧元。在项目启动后将通过公开征集的方式进一步扩大产学研联盟,计划再吸引20至30个研究组,以加强该计划在工程领域的研究实力。
根据欧盟委员会的决定,石墨烯旗舰项目将由瑞典查默斯理工学院科学家亚里·基纳雷特牵头,由来自世界各地的研发团队共同负责实施。战略咨询委员会将为项目管理团队提供支持。该委员会成员包括三位诺贝尔奖获得者、空客公司和诺基亚公司的代表以及国际科学界的两名代表。在三位诺贝尔奖获得者中,英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖罗夫因首先分离出石墨烯材料于2010年获得诺贝尔物理学奖,德国科学家冯·克利青因发现整数量子霍尔效应于1985年获得诺贝尔物理学奖。
该项目的研究范围十分广泛,其中石墨烯的制备是核心。在30个月的爬坡期阶段,石墨烯旗舰项目将重点关注信息通讯技术和交通领域,并支持石墨烯在能源和传感器领域的应用。
虽然目前欧洲一直没有积极申请专利,但美国德州仪器公司的石墨烯专家路易吉·科伦坡认为,它仍是当今全球石墨烯的研发中心。
四、石墨烯在激光领域的应用进展
1、科学家发现石墨烯可制成更耐高温的激光武器
石墨烯用途非常广泛,是一种被科学家寄于厚望的新型材料。在制造业,它不仅被运用在半导体芯片、太阳能电池、高强度外壳材料等领域,而且在光学方面上,石墨烯也有相当大的用途。
据国外媒报道,来自国外的部分研究机构发现,石墨烯这种材料拥有难以置信的光吸收能力,并且还能把吸收的光波迅速转化为波长更短、频率更高的激光,持续时间为几飞秒。科学家们表示,利用这个新发现,未来他们可以发明更耐高温的激光发射武器(石墨烯超耐高温)。
当然,这个发现目前仅存在于实验室,如果科学家们建立出实体模型,将能够增加激光发射器的使用寿命和发射功率。
2、日本首次实现激光操纵磁悬浮石墨烯运动
最近,日本青山学院大学在一项研究中,首次实现了用激光操纵磁悬浮石墨烯运动,通过改变石墨烯的温度,能改变它的悬浮高度,控制运动方向并让它旋转,而且演示了阳光也能让石墨烯旋转。这一成果对研究光驱动人类运输工具有重要意义,并有望带来一种新型光能转换系统。相关论文发表在最近出版的《美国化学协会期刊》上。
磁悬浮已证明对从火车到青蛙各种物体都有效,但至今还没有一款磁悬浮的制动器,将外部能量转化为动能。研究人员解释说,产生磁悬浮是由于物体具有反磁性,会排斥磁场。所有物质都有不同程度的反磁性,通常情况下反磁性很弱,无法让物体浮起来。只有当物体反磁性的强度超过其顺磁性(被磁场吸引),合磁力为斥力且斥力大于重力时,才可能浮起。而石墨烯就是反磁性最强的材料之一。
反磁物体的悬浮高度取决于外加磁场和材料本身的反磁性,悬浮位置则可通过改变外加磁场来事先控制。迄今为止,用外部刺激如温度、光、声音等因素改变材料反磁性,从而控制磁悬浮物体的运动,还没人能做到。
“该研究最重要的一点是实现了实时运动控制技术,首次无需接触而推动一个悬浮着的反磁物体。”论文合著者、青山学院大学教授安倍次郎(音译)介绍说,“由于该技术简单而且基本,预计它能用于日常生活的许多领域,比如运输系统、娱乐活动、光照制动器以及光能转换系统等。”
实验中,研究人员演示了用激光控制温度,使一小片磁盘状的石墨烯悬浮在一块钕铁硼(NdFeB)永磁铁的上方。石墨烯的悬空高度会随着温度升高而下降,反之亦然。研究人员解释说,改变温度会改变石墨烯的磁化率,或它被外加磁场磁化的程度。在原子尺度,是激光的光热效应增加了石墨烯中热激电子的数量,热激电子越多,石墨烯的反磁性就越弱,从而悬浮的高度就越低。
把激光瞄准石墨烯盘片中心可以控制高度,瞄准边缘能让它运动和旋转。因为改变温度分布会改变磁化率分布,使石墨烯在磁场中受到的斥力不均衡,从而沿着与光束运动相同的方向运动。他们设计的旋转装置放在阳光下也会旋转,转速超过200转/分钟。这对开发光驱动涡轮非常有用。
研究人员预测,放大这种激光控制磁悬浮运动的能力,有望推动磁悬浮制动器、光热太阳能转换系统的发展,还可用于低成本的环保发电系统、新型光驱运输系统等领域。
安倍说:“目前,我们正计划开发一种适合该系统的磁悬浮涡轮叶片。其中可能会有摩擦力破坏旋转,因此我们想用一种与MEMS(微机电系统)有关的技术,开发出高效的光能转换系统。在制动器方面,磁悬浮石墨烯能运输近乎它本身重量的任何物体。如果能成功放大这一系统的话,用来开发个人交通工具就不是梦。”
3、激光照射石墨烯开辟光电子新领域
石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料 ,它几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光";导热系数高达5300 W/m·K,高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率*超过15000 cm2/V·s,又比纳米碳管或硅晶体*高,而电阻率只约10-6 Ω·cm,比铜或银更低,为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低,电子迁移的速度极快,因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体,也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。
科学家在石墨烯表面激发出等离子体振子
美国加州大学圣地亚哥分校的科学家借助红外线光束,沿石墨烯表面激发出电子波,并证明他们能通过简单的电路,控制这些被称为等离子体振子的振荡波的长度和高度。
这是首次在石墨烯上观察到等离子体振子,也是在无法使用光的紧密空间内,利用等离子体振子进行信息处理的重要一步。就像光能够通过光纤携带复杂的信号一样,等离子体振子也能被用于传输信息。但等离子体振子仅能在更紧密的空间里携带信息。该校物理系教授迪米特里·巴索夫说:“每个人都怀疑等离子体振子会不会出现,但眼见为实,我们拍摄的图像能够证明它们的传播,以及外界对其的控制。”为了制造这个设备,科研人员从石墨中剥离出了石墨烯,并将其放置在二氧化硅芯片上揉搓。随后将红外线激光照射在石墨烯表面以激发等离子体振子,并利用超灵敏的原子力显微镜悬臂对这些波进行测量。
虽然发射的波基本无法测量,但当它们到达石墨烯边缘时,能够反射出像水波纹一样的波。从边缘返回的振荡将增加或抵消随后而来的波,创造出独特的干涉图样,从而揭示出这些波的波长和振幅。此外,科学家还能通过控制附着在石墨烯表面的电极以及芯片下的纯硅层形成的电路,来改变干涉图样。巴索夫强调说:“石墨烯光电子学与信息处理非常具有前途,我们希望此次的研究能为未来相关技术的发展提供帮助。”[JF:Page]
美找到控制金纳米粒子大小新方法
美国北卡罗来纳大学的研究人员发现,通常被用于合成金纳米粒子配体的“蓬松性”,实际上决定着合成纳米粒子的大小,即蓬松性大,纳米粒子小;蓬松性小,纳米粒子变大。
金纳米被广泛应用于工业化学处理、医学和电子学中。在合成金纳米粒子的时候,研究人员通常使用一种被称之为“配体”的有机分子来促进这一过程的发生。在此过程中,配体一个接一个地排列成一行,并从各个方向将金纳米粒子包围在中间。
研究人员为了确定配体的“蓬松性”是否影响所生成的金纳米粒子的大小,专门选择了三种类型的硫醇配体进行观测。由于这三种配体具有大小不同的蓬松性,因此,图片显示,蓬松性较大的配体,其核心的金纳米粒子被压得较小;蓬松性较小的配体,核心金纳米粒子较大;而没有什么蓬松性的配体所环绕的金纳米粒子最大。
研究人员认为,该发现找到了一种控制合成金纳米粒子大小的有效工具,这种工具对控制其他纳米粒子的大小也不失为一种有效的办法,为今后合成更小的纳米粒子开辟了新途径。
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