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比較成熟的非線性材料有半導(dǎo)體可飽和吸收鏡和碳納米管可飽和吸收體。但是制作半導(dǎo)體可飽和吸收鏡需要相對(duì)復(fù)雜和昂貴的超凈制造系統(tǒng),這類器件的典型恢復(fù)時(shí)間約為幾個(gè)納秒,且半導(dǎo)體可飽和吸收鏡的光損傷閥值很低,常用的半導(dǎo)體飽和吸收鏡吸收帶寬較窄。碳納米管是一種直接帶隙材料,帶隙大小由碳納米管直徑和屬性決定。不同直徑碳納米管的混合可實(shí)現(xiàn)寬的非線性吸收帶,覆蓋常用的1.0~1.6um激光増益發(fā)射波段。但是由于碳納米管的管狀形態(tài)會(huì)產(chǎn)生很大的散射損耗,提高了鎖模閥值,限制了激光輸出功率和效率,所以,研究人員一直在尋找一種具有高光損傷閩值、超快恢復(fù)時(shí)間、寬帶寬和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)的飽和吸收材料。將氧化石墨暴露在強(qiáng)脈沖光線下,例如氙氣燈也能得到石墨烯。氧化石墨材料
氧化石墨烯同時(shí)具有熒光發(fā)射和熒光淬滅特性,廣義而言,其自身已經(jīng)可以作為一種傳感材料,在生物、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用充分說明了這一點(diǎn)。經(jīng)過功能化的氧化石墨烯/還原氧化石墨烯在更加***的領(lǐng)域內(nèi)得到了應(yīng)用,特別在光探測(cè)、光學(xué)成像、新型光源、非線性器件等光電傳感相關(guān)領(lǐng)域有著豐富的應(yīng)用。光電探測(cè)器是石墨烯問世后**早應(yīng)用的領(lǐng)域之一。2009年,Xia等利用機(jī)械剝離的石墨烯制備出了***個(gè)石墨烯光電探測(cè)器(MGPD)[2],如圖9.6,以1-3層石墨烯作為有源層,Ti/Pd/Au作源漏電極,Si作為背柵極并在其上沉淀300nm厚的SiO2,在電極和石墨烯的接觸面上因?yàn)楣瘮?shù)的不同,能帶會(huì)發(fā)生彎曲并產(chǎn)生內(nèi)建電場(chǎng)。烏蘭察布改性氧化石墨GO的摻量對(duì)于水泥復(fù)合材料的提升效果也有差異。
還原氧化石墨烯(RGO)在邊緣處和面內(nèi)缺陷處具有豐富的分子結(jié)合位點(diǎn),使其成為一種很有希望的電化學(xué)傳感器材料。結(jié)合原位還原技術(shù),有很多研究使用諸如噴涂、旋涂等基于溶液的技術(shù)手段,利用氧化石墨烯(GO)在不同基底上制造出具備石墨烯相關(guān)性質(zhì)的器件,以期在一些場(chǎng)合替代CVD制備的石墨烯。結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)。氧化石墨烯(GO)的能級(jí)結(jié)構(gòu)由sp3雜化和sp2雜化的相對(duì)比例決定[6],調(diào)節(jié)含氧基團(tuán)相對(duì)含量可以實(shí)現(xiàn)氧化石墨烯(GO)從絕緣體到半導(dǎo)體再到半金屬性質(zhì)的轉(zhuǎn)換
使得*在單層中排列的水蒸氣可以滲透通過納米通道。通過在GO納米片之間夾入適當(dāng)尺寸的間隔物來調(diào)節(jié)GO間距,可以制造廣譜的GO膜,每個(gè)膜能夠精確地分離特定尺寸范圍內(nèi)的目標(biāo)離子和分子。水合作用力使得溶液中氧化石墨烯片層間隙的距離增大到1.3nm,真正有效、可自由通過的孔道尺寸為0.9nm,計(jì)算出水合半徑小于0.45nm的物質(zhì)可以通過氧化石墨烯膜片,而水合半徑大于0.45nm的物質(zhì)被截留,如圖8.4所示。例如,脫鹽要求GO的層間距小于0.7nm,以從水中篩分水合Na+(水合半徑為0.36nm)。通過部分還原GO以減小水合官能團(tuán)的尺寸或通過將堆疊的GO納米片與小尺寸分子共價(jià)鍵合以克服水合力,可以獲得這種小間距。與此相反,如果要擴(kuò)大GO的層間距至1~2nm,可在GO納米片之間插入剛性較大的化學(xué)基團(tuán)或聚合物鏈(例如聚電解質(zhì)),從而使GO膜成為水凈化、廢水回收、制藥和燃料分離等應(yīng)用的理想選擇。如果使用更大尺寸的納米顆?;蚣{米纖維作為插層物,可以制備出間距超過2nm的GO膜,以用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用(例如人工腎和透析),這些應(yīng)用需要大面積預(yù)分離生物分子和小廢物分子。GO具有獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)性能,可以通過熒光能量共振轉(zhuǎn)移和非輻射偶極-偶極相互作用能有效猝滅熒光體。
氧化石墨烯(GO)表面有羥基、羧基、環(huán)氧基、羰基等親水性的活性基團(tuán),且片層間距較大,使得氧化石墨烯具有超大比表面積和***的離子交換能力。GO的結(jié)構(gòu)與水通蛋白相類似,而蛋白質(zhì)本身具有優(yōu)異的離子識(shí)別功能,由此可推斷氧化石墨烯在分離、過濾及仿生離子傳輸?shù)阮I(lǐng)域可能具有潛在的應(yīng)用價(jià)值1-3。GO經(jīng)過超聲可以穩(wěn)定地分散在水中,再通過傳統(tǒng)成膜方法如旋涂、滴涂和真空抽濾等處理后,GO微片可呈現(xiàn)肉眼可見的層狀薄膜堆疊,在薄膜的層與層之間形成具有選擇性的二維納米通道。除此之外,GO由于片層間存在較強(qiáng)的氫鍵,力學(xué)性能優(yōu)異,易脫離基底而**存在?;贕O薄膜制備方法簡(jiǎn)單、成本低、高通透性和高選擇性等優(yōu)點(diǎn),其在水凈化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間。在用氧化還原法將石墨剝離為石墨烯的工業(yè)化生產(chǎn)過程中,得到的石墨烯微片富含多種含氧官能團(tuán)。氧化石墨材料
氧化石墨烯(GO)的光學(xué)性質(zhì)與石墨烯有著很大差別。氧化石墨材料
多層氧化石墨烯(GO)膜在不同pH水平下去除水中有機(jī)物質(zhì)的系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)和機(jī)理研究。該研究采用逐層組裝法制備了PAH/GO雙層膜,對(duì)典型單價(jià)離子(Na+,Cl-)和多價(jià)離子(SO42-,Mg2+)以及有機(jī)染料(亞甲藍(lán)MB,羅丹明R-WT)和藥物和個(gè)人護(hù)理品(三氯生TCS,三氯二苯脲TCC)在反滲透膜系統(tǒng)中通過GO膜的行為進(jìn)行研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在pH=7時(shí),無論其電荷、尺寸或疏水性質(zhì)如何,GO膜能夠高效去除多價(jià)陽離子/陰離子和有機(jī)物,但對(duì)于單價(jià)離子的去除率較低。傳統(tǒng)的納濾膜通常帶負(fù)電,且只能去除帶有負(fù)電荷的多價(jià)離子和有機(jī)物。隨著pH的變化,GO膜的關(guān)鍵性質(zhì)(例如電荷,層間距)發(fā)生***變化,導(dǎo)致不同的pH依賴性界面現(xiàn)象和分離機(jī)制,一些有機(jī)物(例如三氯二苯脲)的分子形狀由于這種有機(jī)物與GO膜的碳表面的遷移性和π-π相互作用而極大地影響了它們的去除。氧化石墨材料