石墨烯烟幕红外激光消光性能研究

石墨烯片具有质轻、层薄、比表面大的优点,满足烟幕材料所需的要求.为了探索石墨烯在干扰红外成像制导武器方面的应用,利用20m3烟箱,通过快速热引爆石墨烯原材料获得烟幕的方法,测试了烟幕在1.06 μm激光的透过率曲线以及8～14μm波段的红外图像的遮蔽特性,获得了烟幕对1.06μm激光和8～14μm红外波段的平均质量消光系数均在2.0 m2.g-1以上,对红外光具有显著的干扰效果.分析了烟幕粒子的扫描电子显微图像、透射电镜图和X射线衍射图谱,结果表明所制备的烟幕粒子为石墨烯片组成,石墨烯烟幕粒子的微观结构有利于对红外光的吸收和散射.     

石墨烯红外波段复折射率及消光性能研究

石墨烯是一种新型二维纳米碳材料,在红外干扰方面具有很大的潜在应用价值,其红外消光特性值得深入研究。文中利用红外椭偏仪测量了石墨烯压片在红外波段的椭偏参数,计算得到其红外波段的复折射率,采用离散偶极近似(DDA)方法计算了石墨烯在2~14 μm波段的效率因子、消光系数与入射波长、粒子直径和厚度的关系。计算结果表明,石墨烯在2~14 μm波段具有优异的红外消光性能,其消光性能主要取决于材料的吸收性能,吸收作用大于散射作用,同时粒子对近、中红外辐射的消光性能明显好于远红外波段;消光效率因子和消光系数随波长增加逐渐减小;消光效率因子随粒子直径的增加而增大,近、中红外波段的消光系数大于远红外波段,其中直径0.25~1 μm粒子的消光系数最大,直径1~4 μm粒子的消光系数随直径增加逐渐减小,直径大于4 μm的粒子对各波段红外的消光能力受粒度变化的影响很小;消光效率因子随粒子片层厚度的增加逐渐增大,近、中红外波段的消光系数随厚度的增加有所减小,而远红外波段的消光系数受粒子厚度变化影响不大。     

基于石墨烯的红外探测机理与器件结构研究进展

石墨烯具有超高载流子迁移率、零带隙、宽波段响应等性质,是具有潜力的红外光电探测材料。通过分析石墨烯基红外探测器的发展历程,综述了石墨烯红外光电响应的机理,对石墨烯基探测器的响应度、波段、速度等性能和器件结构进行了梳理,并围绕石墨烯基探测器在材料制备、工艺兼容性等方面的挑战进行了探讨和展望。     

太赫兹及红外吸波超材料研究进展

随着超材料研究的不断发展,基于超材料结构设计的一系列太赫兹及红外吸波体引起了国内外广泛关注。由于具有高效的吸波性能,太赫兹及红外吸波超材料在现代隐身技术、节能、绝热、生物化学光谱、红外成像、传感和安检等领域具有广泛的应用前景。通过紧密跟踪国内外太赫兹及红外吸波超材料的最新研究进展,讨论总结了太赫兹及红外吸波超材料的吸波机理。由于材料依靠增强电场强度来实现对电磁波的吸收往往比靠材料本身的损耗吸收电磁波有更高的效率,与传统吸波材料的工作原理不同,超材料在太赫兹及红外波段主要依靠亚波长单元结构的设计,降低其等离子体频率,从而实现表面等离激元场增强效应(SPPs)。基于此,总结归纳了太赫兹及红外吸波超材料研究中3种有效降低等离子频率的方法,分别为金属表面的周期性结构设计、半导体材料的掺杂和新型碳纳米材料的引入,更加清晰地阐明了表面等离激元场增强效应实现方式。同时,对太赫兹及红外吸波超材料今后的发展给出了自己的认识。     

基于石墨烯超材料的宽频带可调太赫兹吸波体

基于二维材料石墨烯,设计了一款宽频带可调谐超材料太赫兹吸波体。该吸波体由三层结构组成,顶层为石墨烯超材料,中间层为二氧化硅,底层为金属薄膜。仿真结果表明,当石墨烯的费米能级为0.7 eV时,该吸波体在1.11~2.61 THz频率范围内吸收率超过90%,相对吸收带宽为80.6%。当石墨烯的费米能级从0 eV增大到0.7 eV时,该吸波体器件的峰值吸收率可以从20.32%增大到98.56%。此外,该吸波体器件还具有极化不敏感和广角吸收的特性。因此,它在太赫兹波段的热成像、热探测、隐身技术等领域具有潜在的应用价值。     

中红外-甚长波多模式谐振三波段超材料吸波体（特邀）

超材料吸波体可以将入射电磁波集中在亚波长尺度内并进行高效吸收,因此在光电探测、热发射器、能量收集等领域具有广泛的应用前景。迄今报道的多波段超材料吸波体主要为某一波长范围内多个相近波长的完美吸收,想要实现大光谱范围内的多波长吸收则需要多个结构的联合工作。基于钛十字形谐振器-氮化硅介质层-钛反射层三层结构,设计并数值模拟了一种工作波长范围跨越中波红外、长波红外以及甚长波红外的三波段超材料吸波体。利用超材料吸波体激发的传播型表面等离激元谐振、局域型表面等离激元谐振以及氮化硅本征吸收模式,实现了4.8 μm、9.1 μm和18 μm三个波长处97.3%、94.4%和93.6%的高吸收率。超材料吸波体的工作波长可以通过改变其几何参数进行调节,且具有偏振和入射角不敏感性。该工作中所用材料均为现有工艺中的常用材料,在气体检测、红外成像等领域具有应用前景。     

纳米石墨烟幕对红外激光的消光特性研究

文中分析了纳米石墨作为烟幕干扰材料的吸波特性,在喷洒纳米石墨质量不同的情况下,利用烟幕箱测试了1.06μm和10.6μm两种波长激光透过率与时间的关系曲线,用滤膜称重法测量了纳米石墨烟幕在不同时间段的质量浓度,从而测得了纳米石墨对两种红外激光的平均质量消光系数,分别为1.2791m2·g-1和1.0252m2·g-1,表明纳米石墨对红外激光具有显著的干扰效果.     

中红外硅基调制器研究进展（特邀）

硅材料在1.1~8.5 μm有非常低的吸收损耗,因此硅基光电子学有望扩展到中红外波段。并且随着通信窗口扩展、气体分子检测、红外成像等应用需求的出现,硅基中红外波段器件研发工作的开展势在必行。在中红外波段硅基光电子器件中,硅基调制器有着举足轻重的地位:它是长波光通信链路中不可或缺的一环,还可以应用在片上传感系统中提高信噪比、实现光开关等功能。研究发现,相比于近红外波段,硅和锗材料在中红外波段有更强的自由载流子效应和热光效应,因此,基于硅基材料的中红外调制器具有独天得厚的优势。系统总结了中红外硅基调制器的发展趋势和研究现状,介绍了基于硅和锗材料的电光调制器以及热光调制器的工作原理和最新研究进展,最后对中红外硅基调制器进行了总结与展望。     

石墨烯远红外消光性能测试研究

为了研究石墨烯的红外消光性能,采用氧化还原法制备了石墨烯,并通过扫描电镜图像、X射线衍射图谱确认了石墨烯的结构;利用烟幕箱实验和溴化钾压片法,测试了石墨烯的红外消光性能,并在同等条件下与石墨、碳纤维的消光性能进行了比较。结果表明：石墨烯在远红外波段的红外消光性能非常优异,对于8～14μm远红外波段,其平均质量消光系数约为2.10 m2/g,是同等条件下石墨平均质量消光系数的2.39倍,碳纤维的3.56倍,比传统的碳材料烟幕具有更好的红外干扰能力;溴化钾压片测试也表明,石墨烯在中远红外波段均表现出非常好的红外消光能力,优于传统碳材料烟幕。     

石墨烯基吸波材料研究新进展

石墨烯以其独特的二维结构和极佳的电性能被用作介电损耗基材,将石墨烯与磁损耗基材复合,可达到优异的吸波性能。介绍了石墨烯基复合吸波材料的制备方法、吸波机理和吸波特性等,并对其发展趋势进行了展望。