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用于光子学的智能纳米材料:物理学家和化学家使用2D材料设计光纤
2020年10月16日    阅读量:156    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

自从2010年诺贝尔物理学奖因石墨烯的研究而被授予以来,最新的信息是2D材料(具有原子厚度的纳米片)成为科学界的热门话题。


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这种巨大的兴趣归因于其出色的性能,这些性能对于广泛的应用具有巨大的潜力。例如,结合光纤,二维材料可以在传感器,非线性光学和量子技术领域实现新颖的应用中国建材网cnprofit.com


但是,到目前为止,将这两个组件组合起来非常费力。通常,原子薄层必须在手动转移到光纤上之前分别生产。


现在,耶拿大学的研究人员与澳大利亚同事一起首次成功地在光纤上直接生长2D材料。这种方法极大地促进了这种混合动力车的制造。这项研究的结果是在材料科学杂志近日报道先进材料。


通过技术相关的程序进行增长


耶拿大学和弗劳恩霍夫研究所的Falk Eilenberger博士解释道:“我们将过渡金属二卤化物-一种具有优异的光学和光子特性的2D材料(例如与光强烈相互作用)-集成到专门开发的玻璃纤维中。德国的应用光学和精密工程(IOF)。


纳米光子学领域的专家艾伦伯格说:“与过去不同,我们没有手动施加半纳米厚的薄片,而是直接在纤维上生长。” “这项改进意味着2D材料可以更轻松地大规模集成到光纤中。我们还能够证明玻璃纤维中的光与其涂层之间存在强烈的相互作用。”


耶拿大学物理化学研究所开发了一种成长过程,克服了先前的障碍,取得了成功。Jena 2D材料专家Andrey Turchanin教授在解释基于化学气相沉积(CVD)技术的方法时说:“通过分析和控制生长参数,我们确定了2D材料可以直接在纤维中生长的条件。” 其中,二维材料的生长需要超过700摄氏度的温度。


混合材料平台


尽管温度很高,但光纤仍可用于直接的CVD生长:“作为衬底的纯石英玻璃可以很好地承受高温。它的耐热温度高达2,000摄氏度,” Markus教授说。莱布尼兹光子技术学院的A. Schmidt开发了这种纤维。施密特补充说:“它们的小直径和柔韧性可实现各种应用。”施密特还曾在耶拿大学(University of Jena)担任光纤教授。


因此,二维材料和玻璃纤维的结合创造了一个智能的材料平台,结合了两个方面的优势。“由于玻璃纤维与2D材料的功能化,光与材料之间的相互作用长度现在已大大增加,”安东尼·乔治博士说,他正在与Turchanin一起开发新型2D材料的制造方法。


传感器和非线性光转换器


该团队设想了新开发的材料系统在两个特定领域的潜在应用。首先,材料组合对于传感器技术非常有前途。例如,它可用于检测低浓度的气体。为此,通过光纤发送的绿光会从使用2D材料功能化的光纤区域的环境中获取信息。


当外部影响改变2D材料的荧光特性时,光会改变颜色并以红色光的形式返回到测量设备。由于纤维非常细,因此基于该技术的传感器也可能适用于生物技术或医学中的应用。


其次,这种系统也可以用作非线性光转换器。由于其非线性特性,混合光纤可用于将单色激光转换为白光,以用于生物学和化学领域的光谱学应用。耶拿大学的研究人员还设想了在量子电子学和量子通信领域的应用。


卓越的跨学科合作


参与该开发的科学家们强调,该项目的成功主要归因于耶拿各个研究机构之间的跨学科合作。基于图林根研究小组“ 2D-Sens”和弗里德里希·席勒大学的合作研究中心“非线性光学直至原子尺度”,耶拿大学应用物理研究所和物理化学研究所的专家;


大学的阿贝光子学中心;弗劳恩霍夫应用光学与精密工程研究所IOF;与莱布尼兹光子技术研究所(Leibniz Institute of Photonic Technology)正在与澳大利亚的同事合作进行这项研究。


Eilenberger说:“我们为该项目带来了各种专业知识,我们对所取得的成果感到高兴。” Turchanin补充说:“我们坚信,我们开发的技术将进一步加强图林根州作为专注于光子学和光电子学的工业中心的地位。” 跨学科团队发明的专利申请最近已提交。


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