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伊利諾伊大學(xué)厄本那香檳分校的研究人員已經(jīng)證實(shí)了一種新的研究方法，通過改變原子厚度的二維材料(如石墨烯)表面的機(jī)械應(yīng)力，可以改變其吸光性和拉伸性能。結(jié)合柔性發(fā)光二極管，這種研究方法可以促進(jìn)新型耐磨技術(shù)和綜合生物醫(yī)學(xué)光學(xué)傳感技術(shù)的發(fā)展。
二維材料新技術(shù)將可促進(jìn)光學(xué)傳感發(fā)展
伊利諾伊大學(xué)厄本那香檳分校的研究人員通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)改變石墨烯表面的應(yīng)力，使其表面產(chǎn)生“褶皺”結(jié)構(gòu)，增大面密度，可以提高石墨烯的吸光性，這對于石墨烯在光電領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。當(dāng)然這種研究方法不僅限于石墨烯，也適用于其他新興的二維材料。
伊利諾伊大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院助理教授SungWoo Nam解釋說：“提高石墨烯在可見光范圍內(nèi)的低吸光性，是石墨烯在光電傳感領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)重要前提條件，這是第一個(gè)完全基于具有可調(diào)應(yīng)變光敏感性和波長選擇性的石墨烯的拉伸光電探測器。”
石墨烯是一種原子層厚的，以六角形的鍵合的碳原子。石墨烯因其寬頻吸收性、高載流子遷移率和機(jī)械柔韌性，而廣泛應(yīng)用于先進(jìn)光電探測器的研究。但是，石墨烯具有低的光吸收率，因此目前為了提高其光吸收，石墨烯光電探測器的研究主要集中在混合系統(tǒng)。然而，這種混合系統(tǒng)需要一個(gè)復(fù)雜的集成過程，而不同的材料之間的接口，降低了電荷載流子的遷移率。
另一種選擇是提高石墨烯的光吸收和拉伸性。根據(jù)Nam所述，其關(guān)鍵是將二維材料制成三維'褶皺結(jié)構(gòu)'，增加石墨烯單位面積的質(zhì)量，也稱為面密度。具有較高的面密度，不斷起伏的單位面積的三維表面具有較高的吸光性，從而提高了石墨烯的光敏感性。
通過應(yīng)變調(diào)整石墨烯的密度、高度和褶皺結(jié)構(gòu)，起皺在周期性拉伸和釋放過程中是完全可逆的。這個(gè)褶皺的方法為提高石墨烯的光吸收提供了一種新途徑，使單層石墨烯高敏感探測器的創(chuàng)作成為可能。
Pilgyu Kang,一位Nam研究團(tuán)隊(duì)的成員指出：“通過褶皺的三維結(jié)構(gòu)，我們獲得的吸光性不僅是一個(gè)數(shù)量級的提高，而是提高了約400%。這種可調(diào)應(yīng)變光敏感性在200%的應(yīng)變調(diào)整下，可使光敏感性100%的改變。通過光子晶體與拉伸石墨烯光電探測器的結(jié)合，我們展示了一種獨(dú)特的可調(diào)應(yīng)變的波長選擇性。”
Nam 補(bǔ)充說：“這項(xiàng)研究展示了拉伸與柔性石墨烯光電探測器裝置的一種有效方法。我們在不限制檢測波長的情況下，首次報(bào)道了拉伸性能探測器的拉伸性能可達(dá)其原始長度的200%。此外，我們通過褶皺結(jié)構(gòu)提高光吸收性的方法不僅限于石墨烯，也適用于其他興起的二維材料。”
