多层膜金属狭缝阵列的光学异常透射特性

本文设计了多层膜金属狭缝阵列,并用有限元方法研究了该阵列的透射特性.结果表明,与传统的单层薄膜金属狭缝阵列相比,多层膜金属狭缝阵列可以实现介质层内局域电场增强,并在透射光谱中产生多个透射峰.此外,本文还研究了介质层的厚度、位置周期等对多层膜金属狭缝阵列透射特性的影响,这些结果将对调节透射峰的位置及更深刻理解多层膜金属狭缝的光学异常透射现象具有一定的指导意义.     

2012-09 科技期刊亮点

分子动力学模拟单层石墨烯温度效应华南理工大学土木与交通学院韩强等采用分子动力学方法,对不同温度(0K—3000K)下单层石墨烯的弛豫性能和单层石墨烯在两个方向的拉伸性能进行模拟,研究温度变化对单层石墨烯在弛豫过程中稳定性的影响效应,以及单层石     

氧化石墨烯的还原和烷基化及其储能性能研究

石墨烯是由sp2杂化碳原子组成的二维周期蜂窝状点阵结构,其特殊的单原子层结构使其表现出许多奇特的物理化学性质,在电子学、生物医学、储能、传感器等领域显示出广阔的应用前景.然而,由于石墨烯易团聚成石墨,使其不能均匀分散在水或常用的有机溶剂中,在很大程度上限制了它的实际应用.本研究首先利用金属锂和萘的四氢呋喃溶液还原氧化石墨烯,然后对其进行循环烷基化反应,获得了烷基功能化程度不同的石墨烯.该方法通过还原除去了氧化石墨烯中大多数的含氧官能团,很大程度上恢复了石墨烯的导电性(1 361S/m),并且,由于在石墨烯表面引入烷基链,改善了石墨烯的分散性,为石墨烯的进一步加工和应用提供新的思路.通过电化学充放电测试等手段研究了制备的石墨烯材料用作锂离子电池负极活性物质的电化学性能.     

双势垒结构单层石墨烯的隧穿特性和电导

利用传递矩阵的方法研究了含有2个方势垒的单层石墨烯的隧穿特性,得到了透射概率与入射粒子费米能以及势垒宽度、势垒高度的变化关系,并计算了势垒的结构参数及入射粒子费米能对电导的影响.     

电化学法制备石墨烯及其性能表征

在0.2 mol·L氯化胆碱体系下以电化学法剥离石墨箔得到石墨烯,采用高分辨透射电子显微镜、扫描隧道电子显微镜、红外光谱、拉曼光谱等方法研究了所得到的石墨烯的形貌与结构.结果表明:所得的产物最薄仅为2～4层,多数为6～8层,并且具有较好的完整性,无明显团聚与褶皱.与氧化还原法相比结构缺陷及氧化官能团含量明显降低.将石墨烯制成无支撑石墨烯薄膜,测量其导电性可知在其面密度为0.5 mg·cm时其方块电阻仅为19.3 Ω/□,显示出良好的导电性能.     

石墨氧化过程中官能团及结构的变化

采用Hummers法,通过改变中温氧化时间研究了石墨氧化过程中官能团和结构的变化.结果表明:随着中温氧化时间的增加,含氧官能团的增加以C—O为主,其次为C O和O—C O;C—O主要出现在氧化前期,而C O则主要出现在氧化后期;氧化过程中,片层的颜色从边缘开始,由黑色逐渐向金黄色转变;随着中温氧化时间的增加,石墨在层间距被打开的同时,其面内晶格结构逐渐遭到破坏,无序程度逐渐增大,氧化前期对面内晶格结构的破坏较为严重.     

三明治型多层膜楔形金属狭缝阵列的宽频透射

基于非共振原理的异常光学透射(Extraordinary Optical Transmission,EOT)现象可以实现宽频带透射,对宽频带光子器件的设计具有重要意义.金属狭缝纳米结构由于结构简单、易于集成、耦合效率高,常在纳米结构器件中用于构建光源.但金属亚波长狭缝结构一直存在透射率低的问题.为实现金属狭缝的宽频带高透射率,本文设计了三明治型多层膜楔形金属狭缝阵列,并应用有限元方法研究了该结构的透射特性.结果表明:与单层膜楔形金属狭缝阵列相比,多层膜楔形金属狭缝阵列在透射光谱中可产生多个透射峰,并且在红外波段可实现增强透射和宽频带透射;由于楔形狭缝从入射口到出射口逐渐变细的结构特点,狭缝从入口到出口阻抗逐渐变化,在介质层内及狭缝出口可实现局域电场增强.此外,本文还研究了楔形狭缝入口宽度、介质层厚度、介质层位置、金属薄膜总厚度及狭缝周期等对多层膜楔形金属狭缝阵列透射特性的影响.研究结果将对设计具有宽频带透射的多层膜结构及在纳米光源设计、集成光路研究、光电子电路应用方面有一定的指导意义.     

高温退火对石墨烯摩擦性能的影响

为了探讨高温环境下石墨烯摩擦性能变化对其作为固体润滑剂性能的影响,采用原子力显微镜研究了单层石墨烯在空气中不同温度下退火后的摩擦学性能,比较了不同温度下退火前后摩擦力及黏附力的变化.通过拉曼光谱检测石墨烯的缺陷并计算石墨烯的缺陷密度,最后建立了不同荷载下单层石墨烯摩擦力随缺陷密度的变化关系.实验结果表明:在空气中退火后石墨烯的摩擦力及黏附力显著增强,在空气中300 ℃下退火后石墨烯的摩擦力约为原始石墨烯的2～3倍,黏附力增加了1倍左右,且退火温度越高,摩擦力和黏附力的增强效果越明显;石墨烯在200～300 ℃之间开始产生明显的缺陷,且缺陷密度也随着退火温度的升高而增大.高温退火后石墨烯产生的结构缺陷是导致单层石墨烯摩擦力和黏附力发生重要变化的原因.     

温度调控下的含向列型液晶缺陷层的光子晶体的光学性质

我们从理论上研究了含向列型液晶缺陷层的光子晶体的光学性质.我们发现,通过改变环境温度可能会引起透射尖峰大的红移或者蓝移.当液晶分子的长轴与入射电场的电矢量不平行也不垂直时,透射曲线中会出现两个透射尖峰,这是因为电场方向沿着和垂直于液晶分子长轴的偏振光具有不同的共振模,在透射曲线尖峰所对应的波长位置,极化偏转也相应得到了很大的增强.计算结果还表明,电场方向平行于液晶分子长轴的偏振光对应的透射峰对温度的变化更加敏感.当温度接近液晶的转变温度时,极化偏转随着温度的变化尤为明显,这是由于液晶由原来的各向异性变为后来的各向同性.这些结果有助于设计性能优异的温度传感器.     

交-直流势驱动下的应力石墨烯势垒中Dirac粒子的隧穿

研究了应力作用下单层石墨烯在含时电势垒中Dirac粒子的隧穿.通过改变势垒中交流势垒的强度、粒子的入射角、沿zigzag或armchair方向施加的应力等详细探讨了Dirac粒子经由中心带和边带的透射率.用数值计算证明了垂直入射时Klein遂穿是通过Dirac粒子经由各个边带的透射率的迭加而完全穿过受应力作用和交-直流势驱动下的势垒.一般情况下,增加交流势垒的强度会对透射产生抑制,但是,沿zigzag方向施加应力有利于Dirac粒子经由边带的透射而抑制经由中心带的透射.     

基于石墨烯可饱和吸收体的脉冲光纤激光器研究进展

单层石墨烯是一种具有独特电学及光学特性的二维碳材料,尤其是在光学应用方面,它对可见光到近红外波段范围内光波仅有2.3%的线性吸收.由于石墨烯的独特性质,使得它可以作为一种具有超快响应时间以及超宽带工作特性的可饱和吸收体.本综述将展开石墨烯的线性及非线性光学特性分析,并重点阐述基于石墨烯可饱和吸收体的调Q及锁模光纤激光器研究进展,并指出厦门大学光电子技术研究所近几年来在这一方面所取得的成果.     

石墨烯可调谐双频完美吸收器设计

利用石墨烯优异的可调光学特性，设计了一种由石墨烯谐振器、SiO₂介质层及金属反射层组成的可调谐双频完美吸收器，研究了石墨烯化学势、偏振角及尺寸大小对吸收器吸收性能的影响，并分析了共振频率处的电场模式，进一步解释吸收器的吸收原理.结果表明，吸收器在6.363 THz和8.987 THz处的吸收率分别为99.98%和99.99%;吸收峰位可通过改变石墨烯化学势进行有效调节，0°～80°范围内的任意偏振角下，峰值吸收率均可达90%以上；SiO₂介质层厚度对吸收器的共振峰位几乎没有影响，但对峰值吸收率有一定影响，随着厚度的逐渐增加，吸收率先升高后降低，在厚度为3.1μm附近时实现完美吸收.以上结果说明，吸收器的高吸收率主要源于电磁共振作用.     

单双层石墨烯的制备及电导特性调控

石墨烯二维材料有着优异的物理、化学特性,在多个科学领域展现出广阔的应用前景.采用化学气相沉积方法在Cu-Ni合金表面制备了二维石墨烯薄膜并揭示其生长机制;研究生长时间、温度等对石墨烯覆盖度和晶格质量的影响.通过优化生长条件,成功制备了大面积单层及具有强烈层间耦合作用的AB堆叠双层石墨烯薄膜.进一步运用表面沉积技术在单层石墨烯上构建零维Au团簇和二维Au薄膜,研究其对石墨烯电导特性的影响;并结合第一性原理计算,揭示Au的形态及覆盖度影响石墨烯电导特性的规律.据此制作了石墨烯场效应晶体管器件,通过精确控制Au的覆盖度,实现石墨烯电导类型和载流子浓度的有效调控,拓展了其在微电子领域的应用.     

反应条件对水合肼还原氧化石墨烯表面官能团还原效率的影响

石墨烯因具有特殊的纳米结构和优异的性能而成为当前的研究热点.实验综合考虑了氧化石墨烯与水合肼的质量配比、反应时间、反应温度和pH值四个因素,采用四因素三水平正交试验系统研究了反应条件对氧化石墨烯各基团还原效率的影响机制.傅里叶红外光谱和透射电子显微镜的结果表明:通过改变反应条件,氧化石墨烯中的主要官能团如羟基、羰基和环氧基均可得到不同程度的还原.进一步利用FT-IR图谱分析软件,采用基线法计算分析表明:(1)氧化石墨烯与水合肼的质量配比是影响还原程度的最主要因素;(2)还原羧基的最佳条件为氧化石墨烯与水合肼质量配比10∶9、反应时间80 min、反应温度100℃、pH值7;还原羟基与环氧基的最佳实验条件相同,均为氧化石墨烯与水合肼质量配比10∶8、反应时间80 min、反应温度100℃、pH值8;(3)可以通过控制反应条件达到采用水合肼选择性还原石墨烯表面羟基、环氧基及羧基的目的.研究结果将为研究化学还原氧化石墨烯机理及制备高性能石墨烯奠定基础.     

不同堆叠结构石墨烯对C_2H_6O的吸附机制研究

为了研究石墨烯气敏传感器对C_2H_6O的吸附机制,建立了2种不同堆叠结构石墨烯纳米条带:单层扶手椅型石墨烯纳米条带(MAGNRs)和由扶手椅型石墨烯纳米条带(AGNRs)与锯齿形石墨烯纳米条带(ZGNRs)拼接形成的石墨烯纳米条带(AGNRs-ZGNRs)。将C_2H_6O分别吸附在MAGNRs及AGNRs-ZGNRs结构的表面,采用密度泛函理论第一性原理方法,通过计算吸附能、电荷转移和灵敏度,对不同堆叠结构石墨烯及3种含氧官能团(羟基,环氧基,羧基)修饰结构对C_2H_6O的吸附性能进行理论分析和实验验证。结果表明:纯AGNRs-ZGNRs结构对C_2H_6O的吸附能和电荷转移的绝对值比纯MGANRs结构的大,吸附距离也小,说明纯AGNRs-ZGNRs结构对C_2H_6O的吸附性能更好;含氧官能团的修饰使得MAGNRs结构与纯MAGNRs结构相比对C_2H_6O的吸附性能显著提升,其中羟基的修饰效果最好;含氧官能团的修饰使得AGNRs-ZGNRs结构与纯AGNRs-ZGNRs结构相比对C_2H_6O的吸附能变化甚微,不仅没有提高对C_2H_6O的吸附性能,反而有所降低。综合比较,采用羟基修饰的MAGNRs结构,吸附能的绝对值最大,为-1.12eV,吸附距离最小,为0.328nm,该结构更有利于实现对C_2H_6O的检测。     

单层边缘功能化石墨烯的制备和表征

为探讨石墨烯的氧化过程,以浓硫酸、高锰酸钾和双氧水作为氧化剂,通过部分边缘氧化剥离石墨得到了单层边缘氧化石墨烯(SLMGO),用定量硼氢化钠还原得到了单层边缘功能化石墨烯(SLMFG).使用FT-IR、SEM、TEM、XRD和XPS等手段表征了SLMGO和SLMFG结构和形貌.结果表明:边缘功能化的单层石墨烯较深度氧化的多层石墨烯,能更好地保持层状平面结构.基于好的共轭程度,边缘功能化的石墨烯光电性能将更好.     

活性炭表面官能团的氧化改性及其对吸附机理的研究

摘要：本文综述了活性炭表面主要的含氧官能团（surface oxygen groups）,及表面官能团氧化改性的主要方法,并用Boehm滴定法和FT-IR对活性炭表面含氧官能团进行定量和定性分析;分析了表面含氧官能团对有机物和重金属离子的吸附机理的影响;并对其未来研究前景与方向进行了展望。特别强调了对活性炭作为环境纳米材料（物质）的载体在光催化中开展研究的重要性。     

半导体量子点光谱特性标准样品及高分辨透射电子显微镜粒径定值研究

半导体量子点纳米晶体是一类典型的纳米材料,具有独特的光学特性,已在生物医学、光电转换等领域得到应用.量子点纳米晶体的标准样品对其质量控制和产业应用都有重要的意义,但需要对其光学特性和尺寸特性进行准确测量研究.我们研制了以硒化镉量子点为代表的半导体量子点纳米晶体标准样品,并对其光学特性进行定值.针对目前制约量子点粒子尺寸准确测量的透射电子显微镜样品基底问题进行改进,用碳管-氧化石墨烯微栅代替常用的超薄碳膜微栅.通过高分辨透射电子显微镜表征得到晶格清晰的小尺寸半导体量子点纳米晶体的形貌像.这些结果有助于建立硒化镉量子点半导体纳米晶体的特征带边吸收峰值与粒子粒径的准确定量对应关系,从而推动量子点的应用.     

新型一维线性函数光子晶体电场分布

研究一维线性函数光子晶体的透射特性,分析不同周期数和光学厚度对电场分布的影响,得到一些不同于常规光子晶体结论,当介质层B和A折射率分布函数为线性增加时,线性函数光子晶体透射率可以远大于1;随着周期数N的增加,其电场强度最大值明显增加,通过改变周期数N就能改变光在函数光子晶体中的电场强度的放大倍数.该结论为光子晶体的制备和应用提供了理论方法和思路.     

柔性C形开口谐振环的太赫兹异常透射研究

利用太赫兹时域光谱仪测试系统,研究了聚酰亚胺衬底上的C形开口环周期性结构在太赫兹波段的异常透射特性.结果发现,当入射太赫兹波的电场偏振方向垂直于金属开口时,变化的电场引起电感-电容(LC)共振,使其透射光谱呈现单峰特性;然而,当入射电场偏振方向平行于金属开口时,其透射光谱呈现出多峰性和周期性.通过对其电场能量分布和表面电流的分析发现,这种反常透射特性是由法布里-波罗腔效应和偶极子共振共同作用产生的.