石墨烯"智能表面"現已可調，可用於可見光譜

石墨烯"智能表面"現已可調，可用於可見光譜

曼徹斯特大學國家石墨烯研究所的研究人員創造了具有獨特可調範圍的光學器件，其覆蓋了包括可見光在內的整個電磁光譜。

在《Nature Photonics》上發表的一篇論文（"具有從可見光到微波波長可逆可調性的多光譜石墨烯基電光表面"）概述了這種"智能表面"技術的應用範圍，從下一代顯示設備到用於衛星和多用途的動態熱毯光譜自適應偽裝。

器件的可調性是通過一種稱為電插層的方法來實現的，在這種情況下，該過程涉及將鋰離子插入多層石墨烯（MLG）的薄片之間，從而控制電，熱和磁性能。

MLG器件被層壓並真空密封在一個低密度聚乙烯袋中，該袋從可見光到微波輻射的透光率均超過90％。

圖片：曼徹斯特大學）

電荷變成灰色至金色

在充電（嵌入）或放電（去嵌入）過程中，MLG的電學和光學特性發生了巨大變化。由於在可見狀態下頂部石墨烯層的高吸收率（> 80％），因此放電的設備顯示為深灰色。當設備充滿電（約3.8V）時，石墨烯層顯示為金色。利用諸如薄膜干涉之類的光學效果，可以將可實現的色彩空間豐富，包括從紅色到藍色的範圍。

該研究的主要作者Coskun Kocabas教授說："我們通過結合石墨烯和電池技術，製造出了一類新型的多光譜光學器件，該器件具有以前無法實現的變色能力。

"基於石墨烯的智能光學表面的成功演示使許多科學和工程領域都具有潛在的發展潛力。"

例如，動態熱毯可以選擇性地反射可見光或紅外光，並允許衛星反射來自面對太陽的側面的輻射，同時從其陰影面發射輻射。同樣，當處於地球的陰影中時，該毯子可以使衛星免受深空冷卻的影響[請參見下圖]。這些動作將比靜態熱塗層更有效地調節內部溫度。

先前的研究已經使用單層和多層石墨烯在微波，太赫茲，紅外和可見光的特定波長範圍內檢查了設備。但是，將覆蓋範圍擴展到可見光，同時在更長波長下保持光學活性的挑戰，需要對器件的結構進行創新，克服了將光學器件與電化學電池集成在一起的既定難題。

他補充說："在這裡，我們使用了基於石墨烯的鋰離子電池作為光學設備。" "通過控制石墨烯的電子密度，我們現在能夠在同一設備上控制可見光到微波波長的光。"

諾貝爾獎獲得者科斯蒂亞·諾沃塞洛夫爵士是該論文的合著者，他說："很少有層的石墨烯通過帶電對其光學性能提供空前的控制。這樣的設備可以在許多領域找到其應用：從自適應光學到熱管理。"