石墨烯"智能表面"现已可调，可用于可见光谱

石墨烯"智能表面"现已可调，可用于可见光谱

曼彻斯特大学国家石墨烯研究所的研究人员创造了具有独特可调范围的光学器件，其覆盖了包括可见光在内的整个电磁光谱。

在《Nature Photonics》上发表的一篇论文（"具有从可见光到微波波长可逆可调性的多光谱石墨烯基电光表面"）概述了这种"智能表面"技术的应用范围，从下一代显示设备到用于卫星和多用途的动态热毯光谱自适应伪装。

器件的可调性是通过一种称为电插层的方法来实现的，在这种情况下，该过程涉及将锂离子插入多层石墨烯（MLG）的薄片之间，从而控制电，热和磁性能。

MLG器件被层压并真空密封在一个低密度聚乙烯袋中，该袋从可见光到微波辐射的透光率均超过90％。

图片：曼彻斯特大学）

电荷变成灰色至金色

在充电（嵌入）或放电（去嵌入）过程中，MLG的电学和光学特性发生了巨大变化。由于在可见状态下顶部石墨烯层的高吸收率（> 80％），因此放电的设备显示为深灰色。当设备充满电（约3.8V）时，石墨烯层显示为金色。利用诸如薄膜干涉之类的光学效果，可以将可实现的色彩空间丰富，包括从红色到蓝色的范围。

该研究的主要作者Coskun Kocabas教授说："我们通过结合石墨烯和电池技术，制造出了一类新型的多光谱光学器件，该器件具有以前无法实现的变色能力。

"基于石墨烯的智能光学表面的成功演示使许多科学和工程领域都具有潜在的发展潜力。"

例如，动态热毯可以选择性地反射可见光或红外光，并允许卫星反射来自面对太阳的侧面的辐射，同时从其阴影面发射辐射。同样，当处于地球的阴影中时，该毯子可以使卫星免受深空冷却的影响[请参见下图]。这些动作将比静态热涂层更有效地调节内部温度。

先前的研究已经使用单层和多层石墨烯在微波，太赫兹，红外和可见光的特定波长范围内检查了设备。但是，将覆盖范围扩展到可见光，同时在更长波长下保持光学活性的挑战，需要对器件的结构进行创新，克服了将光学器件与电化学电池集成在一起的既定难题。

他补充说："在这里，我们使用了基于石墨烯的锂离子电池作为光学设备。" "通过控制石墨烯的电子密度，我们现在能够在同一设备上控制可见光到微波波长的光。"

诺贝尔奖获得者科斯蒂亚·诺沃塞洛夫爵士是该论文的合著者，他说："很少有层的石墨烯通过带电对其光学性能提供空前的控制。这样的设备可以在许多领域找到其应用：从自适应光学到热管理。"