石墨烯微气泡让镜片更完美

原位光学显微图像显示了微气泡的产生和消除过程。 图片来源：H。Lin等

微小的气泡可以解决大问题。直径约1至50微米的微气泡具有广泛的应用，它们用于药物输送，膜清洁，生物膜控制和水处理。它们已被用作微流体混合，喷墨打印和逻辑电路的芯片实验室设备的致动器，以及光子光刻和光学谐振器。 他们为生物医学成像和DNA捕获和操纵等应用做出了显着贡献。

考虑到微泡的广泛应用，已经开发了许多产生微泡的方法，包括压缩空气以将空气溶解为液体的气流，超声以在水中引发气泡，以及激光脉冲以使浸入液体中的基材暴露。 然而，这些气泡倾向于随机地分散在液体中并且相当不稳定。

斯威本科技大学转化原子材料中心教授兼创始主任贾宝华表示：“对于要求精确气泡位置和尺寸以及高稳定性的应用，例如在成像和捕获等光子应用中， 具有精确的位置，可控的体积，曲率和稳定性的气泡至关重要。” Jia解释说，为了集成到生物或光子平台中，非常需要使用与当前处理技术兼容的技术来制造可控且稳定的微气泡。

石墨烯中的气球

Jia和来自Swinburne工业大学的研究人员最近与来自新加坡国立大学，罗格斯大学，墨尔本大学和莫纳什大学的研究人员合作，开发了一种使用激光脉冲在玻璃表面上产生精确控制的石墨烯微气泡的方法。他们的报告发表在同行评审的开放存取期刊Advanced Photonics中。

由氧化石墨烯微泡透镜聚焦的光子射流。 图片来源：H.Lin等人，doi 10.1117 / 1.AP.2.5.055001

该小组使用氧化石墨烯材料，该材料由装饰有氧官能团的石墨烯薄膜组成。气体无法穿透氧化石墨烯材料，因此研究人员使用激光局部照射了氧化石墨烯薄膜，产生的气体被封装在薄膜内部，形成微气泡（如气球）。 斯威本大学高级研究员，论文的第一作者韩霖解释说：“通过这种方式，可以通过激光很好地控制微泡的位置，并且可以随意创建和消除微泡。与此同时， 气体的量可以通过照射面积和照射功率来控制，因此可以实现高精度。”

这种高质量的气泡可用于具有高精度要求的先进光电和微机械设备。

研究人员发现，氧化石墨烯膜的高度均匀性产生了具有完美球面曲率的微气泡，可用作气泡反射镜。 作为展示，他们使用了凹面反射镜来聚焦光线。 研究小组报告说，该透镜具有很好的形状，可以提供高质量的焦点，并且可以用作显微成像的光源。

林解释说，反射透镜还能够将不同波长的光聚焦在同一焦点上，而不会出现色差。 该团队展示了具有可见光性能的超宽带白光聚焦，该可见光覆盖了可见到近红外范围，在紧凑型显微镜和光谱学中尤其有用。

贾指出，这项研究提供了“一种可随意产生高度受控的微气泡并将石墨烯微气泡集成为动态和高精度纳米光子组件的途径，以用于微型化的芯片实验室设备，以及在高分辨率光谱学和医学领域的广泛应用成像。”