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用于科学研究和工业现代化。
石墨烯是世界上最薄但最坚硬的纳米材料,具有极其广泛的光学吸收,覆盖了从可见光到微波波长的光的波长范围。它的光学特性是无色散的,也就是说,在任何波长下的吸收率都是相同的2.3%。同时,它具有非常高的导热性(5300 W/m-K),电阻率仅约为10-6Ω-cm,低于铜或银,是目前世界上最小的电阻材料。因此,它被认为是未来发展更薄、导电性更好的下一代电子或光学元件的关键材料,其应用包括平面和超薄透镜、透明触摸屏、光学面板,甚至太阳能电池。
然而,大规模生产石墨烯薄膜远非易事,需要极其复杂的工艺和昂贵的真空设备,而且仅限于在特定的基材(如铜)上生产单层石墨烯。当在应用中需要将石墨烯转移到其他衬底(如硅)时,转移过程很复杂,需要多个步骤,同时往往会破坏石墨烯的结构并引入缺陷。
另一方面,在许多应用中(如光学涂层、防锈),其单层的厚度不足以提供所需的有效光学调制或有效保护。因此,多层石墨烯材料的堆叠成为必要。然而,石墨烯材料的简单堆叠会导致石墨化结构的形成,从而失去了单层石墨烯的优良特性。
因此,如何增加石墨烯材料的总厚度,同时保持单层石墨烯的优良特性,就成了一个前所未有的矛盾需求的挑战。
基于上述需求,石墨烯超材料应运而生。石墨烯超材料的设计(如图所示)是通过在单层石墨烯之间插入一种介电材料来保持单层石墨烯的优良特性。此外,利用这种设计,理论上可以将任何厚度的石墨烯材料无限堆叠,以满足所需应用的要求。
作为一种合成材料,石墨烯超材料不仅可以保持单层石墨烯材料的优良特性,还可以通过调整其结构参数,实现传统(或传统)材料所不具备的超常物理特性,对新信息技术、国防工业、新能源技术、微加工技术等产生深远影响。
传统⽯墨烯超材料的制备⽅法要求通过气相沉积以及转移的方法实现单层石墨烯与电介质材料的手动堆叠。其材料质量完全取决于操作者的经验与能力,无法简单复制。同时,该方法能实现的厚度和覆盖面积有限。目前使用这种方法制备的石墨烯材料的厚度的世界纪录为7层,面积不到100微米。因此制备和加⼯多层⽯墨烯超材料仍是⼀个世界性的难题和挑战。
Innofocus公司发明了一种革命性的解决方案,采用基于自组装原理的低成本、无转移的溶液相法来制备石墨烯超材料。该方法能够在任何基材上生长出所需的任何数量的石墨烯超材料层。通过选择电介质材料的性质和厚度,其性能也可以得到调整。
更重要的是,这种方法能够对微纳米结构进行无缝包裹和涂层,从而最大限度地发挥其功能(如下图所示)。
石墨烯超材料可以在具有任意表面和形状的不同基底上制备,如硅片、树脂镜片、PET薄膜等(形成的石墨烯超材料的厚度可以控制在单层3纳米,薄膜的平整度优于10纳米)。
所生产的超材料的质量是稳定的,不随层数的变化而变化,而且超材料可以达到任何一层,其厚度可以被精确控制。
可实现直径达12英寸的大规模涂层
全自动化设备,成本低,重复性好,节省劳动力
INNOFOCUS
利用三维激光纳米制造技术,信息可以直接在石墨烯超材料上进行编码和存储、加密。它还可以应用于防伪。
基于石墨烯超材料平台的特殊合成原理制作的平板透镜可以在微流控液体中长时间工作,用于亚波长聚焦和成像。该装置的光学聚焦性能可以在液体环境中保持一个月以上而不出现明显退化。
石墨烯超材料的超高非线性光学特性使四波混合效率显著提高,为高度集成、灵活、超薄、超轻的光学和光子系统奠定了基础
优秀的太阳光谱选择性和全向吸收,以及优秀的光热性能和高热稳定性,能够在大角度实现高效的太阳能热转换