Graphene giver beskyttelse mod intense laserpulser

Forskere fra Singapore og Storbritannien har i fællesskab annonceret et nyt benchmark inden for bredbånd, ikke-lineær optisk begrænsende adfærd ved anvendelse af enkeltark-grafendispersioner i en række tungatom-opløsningsmidler og filmmatricer.

Enkeltark-grafendispersion, når det i det væsentlige er adskilt fra hinanden i flydende celler eller fastfilmmatricer, kan udvise en ny absorberingsmekanisme for exciteret tilstand, der kan tilvejebringe meget effektiv bredbåndsoptisk begrænsning langt under starten af ​​mikrobobler eller mikroplasmadannelse.

Graphener er enkelte ark carbonatomer bundet til et sekskantet array. I naturen, de har en tendens til at stakke for at give grafit.

I et gennembrud, forskere fra National University of Singapore (NUS), DSO National Laboratories og University of Cambridge har udviklet en metode til at forhindre genstablering af disse ark ved at fastgøre alkyloverfladekæder til dem, samtidig med at integriteten af ​​nano-grafenlommerne på arkene bevares.

Denne metode producerede igen et materiale, der kan behandles i en opløsning og dispergeres til opløsningsmidler og filmmatricer. Som en konsekvens, forskerne observerede et nyt fænomen. De fandt ud af, at de dispergerede grafener udviser et kæmpe ikke-lineært optisk absorptionsrespons på intense nanosekund laserpulser over et bredt spektralområde med en tærskel, der var meget lavere end den, der findes i carbon black suspensioner og carbon nanorør suspensioner. Dette satte en ny rekord i energibegrænsende start på 10 mJ/cm ² for en lineær transmittans på 70%.

Mekanismen for dette nye fænomen er skitseret i figur 1, hvor den oprindeligt delokaliserede elektronhulgas lokaliseres ved høje excitationstætheder i nærvær af tunge atomer, at producere stærke absorberende excitoner. Den resulterende absorberings-mekanisme til ophidset tilstand kan være meget effektiv.

Disse optiske begrænsende materialer kan nu bruges til beskyttelse af følsomme sensorer og enheder mod laserskader, og til optiske kredsløb. De kan også bruges i antirefleksbehandlede enheder.

Hovedforsker for NUS Organic Nano Device Laboratory's grafenhold, Professor Lay-Lay Chua, der også er fra NUS Institut for Kemi og Institut for Fysik, siger:"Vi fandt ud af ultrahurtige spektroskopimålinger, at spredte grafenark ændrer deres adfærd fra induceret optisk gennemsigtighed, som er velkendt, til induceret optisk absorption afhængigt af dets miljø. Dette er et bemærkelsesværdigt fund, der viser, at grafen stadig kan overraske! "

Hovedforsker for grafenteamet på DSO National Laboratories, Professor Geok-Kieng Lim, der også er adjungeret professor ved NUS Institut for Fysik, siger:"Dette er et vigtigt første skridt i udviklingen af ​​praktiske grafen-nano-kompositfilm til applikationer, hvor grafenarkene forbliver fuldt spredt. Den inducerede ændring i deres ikke-lineære optiske adfærd er fantastisk og yderst praktisk."