石墨烯智能表面针对可见光谱进行调整

  2021年4月9日，英国曼彻斯特市—曼彻斯特大学的工作概述了智能表面技术的应用，该技术涵盖了整个电磁光谱，包括可见光区域。 新型光学设备的应用范围从下一代显示设备到用于卫星的动态热毯以及多光谱自适应伪装。

  这些设备的耐用性来自电插层，在这种情况下，该过程涉及在多层石墨烯（MLG）的薄片之间插入锂离子，从而控制电，热和磁性能。

左侧的设备显示为处于放电状态，在可见光谱中显示为深灰色，而右侧的充电状态则在可见光谱中显示为金。

将该设备层压并真空密封在低密度聚乙烯袋中，该聚乙烯袋从可见光到微波辐射的透光率均超过90％。

  多层石墨烯（MLG）的电学和光学特性在充电或嵌入，放电或去嵌入之间发生巨大变化。 由于在可见状态下顶层石墨烯层的吸收率高（超过80％），因此放电的设备显示为深灰色。 当器件在约3.8 V的电压下充满电时，石墨烯层显示为金。

  利用诸如薄膜干涉之类的光学效果，可以实现丰富的色彩空间，包括从红色到蓝色的范围。

  该研究的主要作者，曼彻斯特大学教授科斯科恩·科卡巴斯（Coskun Kocabas）表示：“我们通过合并石墨烯和电池技术，制造出了以前无法实现的变色能力的新型多光谱光学设备。” “基于石墨烯的智能光学表面的成功演示使许多科学和工程领域都具有潜在的发展潜力。”

  例如，在使用隔热毯的情况下，可以通过选择性地反射可见光或红外光或使卫星与深空冷却隔离来调整设备，以调节卫星的温度。

  以前对单层和多层石墨烯的研究集中于微波，太赫兹，红外和可见光谱的特定波长范围。 将覆盖范围扩大到可见光，同时保持较长波长的光学活动，需要对设备的结构进行创新，以克服将光学设备与电化学电池集成在一起的困难。

  “在这里，我们使用了基于石墨烯的锂离子电池作为光学设备，”科卡巴斯说。 “通过控制石墨烯的电子密度，我们现在能够控制同一设备上从可见光到微波波长的光。”

  诺贝尔奖获得者，这项研究的合著者，教授之一，科斯蒂亚·诺沃塞洛夫爵士说：“少层的石墨烯可以通过充电来对其光学性质提供前所未有的控制。” “这些设备可以应用在很多领域,比如自适应光学到热管理。”

  这项研究发表在《自然》杂志上Photonics (www.doi.org/10.1038/s41566-021-00791-1)