國防科技大學(xué)江天老師等人報道制備了在多孔聚乙烯膜上的柔性多層石墨烯基的紅外設(shè)備.紅外發(fā)射率可以通過離子液體插層法調(diào)節(jié).研
究人員通過注射非揮發(fā)性離子液體準(zhǔn)備多層石墨烯層,然后在多層石墨烯的邊緣涂覆導(dǎo)電銀漿作為接觸電極以此制備出多層石墨烯基的
紅外器件.研究人員對該器件進(jìn)行了性能檢測,檢測中發(fā)現(xiàn)經(jīng)過離子液體插層,表面石墨烯的紅外發(fā)射率可以從0.57調(diào)到0.41；與此同時,表
面石墨烯的相對反射率Rv/R0從1.0增加到1.15.此外,研究人員還通過拉曼光譜測試和電流源表測試證實了離子液體成功嵌入到石墨烯層
中.
最近發(fā)現(xiàn),可以通過設(shè)計表面結(jié)構(gòu),控制載流子密度或通過外部刺激進(jìn)行相變來原位調(diào)節(jié)紅外發(fā)射率.適當(dāng)?shù)碾娮咏Y(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)是調(diào)節(jié)紅外發(fā)射
有效的方法.然而這些材料通常生長在硬質(zhì)基底上,調(diào)節(jié)范圍非常有限,因此一種可調(diào)紅外發(fā)射率的柔性材料備受矚目.本文介紹了國防科大
江天老師課題組柔性石墨烯基的紅外器件研究工作,如有需要也可直接參考原文孔轴。
01 制備過程
如圖是該器件的制備過程示意圖.石墨烯生長基底鎳在飽和氯化鐵水溶液中被蝕刻掉,從而在溶液表面形成獨立的多層石墨烯膜（如圖一
b所示）.將多層石墨烯膜轉(zhuǎn)移到去離子水中以去除殘留的FeCl3,如圖一c所示.將多層石墨烯轉(zhuǎn)移到多孔聚乙烯膜上（聚乙烯膜紅外透明
且柔軟）為了除去殘留的水,將多孔聚乙烯膜上的多層石墨烯在50℃的烤箱中烘烤（如圖一d所示）.在多層石墨烯膜的邊緣上涂導(dǎo)電銀
漿作為接觸電極,將兩個石墨烯涂層的多孔聚乙烯膜連接在一起,多層石墨烯面向外部制備出石墨烯可調(diào)紅外器件（如圖一e所示）.最后
在兩個多孔聚乙烯膜之間注入了約50μL的非揮發(fā)性離子液體,圖一a是模型圖期揪。
02 熱成像測試
熱成像測試時,將多層石墨烯器件放在拋光的銅板上（發(fā)射率約為0.1）,然后把器件和銅板放在加熱板上（如圖二a所示）.使用熱電偶來
測量表面多層石墨烯的溫度,調(diào)節(jié)熱板的溫度,以保持表面多層石墨烯的溫度為35℃.使用Tix500熱像儀以恒定的發(fā)射率1記錄多層器件在
不同插入偏壓下的熱像圖（如圖二b所示）.偏壓范圍由離子液體的電化學(xué)窗口決定果覆。
圖二b顯示了器件的紅外溫度從0 V時的30.5°C降低到4V時的28.1°C,可以通過ε=ε1（T1 / T）^4來確定表面的發(fā)射率ε,其中ε1是用于熱
成像的發(fā)射率,T1是紅外溫度,T是通過熱電偶測得的實際溫度,因此這意味著通過離子液體嵌入抑降低器件的發(fā)射率.根據(jù)熱成像可以確定
不同插層偏壓下的發(fā)射率,圖二c總結(jié)了不同偏壓下的發(fā)射率。
03 原位反射率測試
由于離子液體的插入,石墨烯的費米能級轉(zhuǎn)移到了更高的能級.費米能級以下的電子躍遷由于泡利阻塞效應(yīng)而受到抑制（圖三a）,導(dǎo)致
發(fā)射率/吸收率降低.由于拋光銅板的紅外反射率很高（?100％）,而聚乙烯多孔膜是紅外透明的,因此多層石墨烯器件在拋光銅板上的透
射率為0.因此,可以將表面多層石墨烯的發(fā)射率寫為ε＝α＝ 1-R,其中ε,α和R是拋光銅板上的表面多層石墨烯的發(fā)射率,吸收率和反射率.圖
三d顯示了拋光銅板上多層石墨烯器件的原位反射率（RV / R0）.反射率測量表明,高于3 V時,反射率明顯增加.這意味著高于3 V的吸收/
發(fā)射率降低與圖2c一致.此外,我們發(fā)現(xiàn)在500 nm以下的反射率幾乎沒有變化.這表明離子液體嵌入對于調(diào)節(jié)長波長范圍內(nèi)的光學(xué)效應(yīng)更有效夫否。
另外,將多層石墨烯裝置放在氙燈上（圖三c）,產(chǎn)生了圓形的白光照明.隨著兩個多層石墨烯層之間的電壓偏置從0 V增加到4 V,照明光
變得可見.換句話說,由于通過離子液體嵌入使費米能級增加,多層石墨烯的透射率（吸收率）增加（降低）.但是,石墨烯設(shè)備上的照明是
紅色而不是白色,這表明光調(diào)制對于長波長（例如紅外范圍）更有效,與反射率測量結(jié)果一致（圖三d）彻犁。
04 拉曼光譜測試
紅外發(fā)射率的改變顯然是由于離子液體插入石墨烯層中.為了進(jìn)一步表征表面多層石墨烯的插層過程,進(jìn)行了原位拉曼測試（圖四a）.圖
四b展示了在不同偏壓下表面石墨烯的拉曼光譜.對于原始的多層石墨烯,存在三種拉曼模式：D（1321 cm-1）,G（1580 cm-1）和
2D（2688cm-1）模式.D峰表明石墨烯中的缺陷,這可能是由基底蝕刻和轉(zhuǎn)移過程引起的.對于低于2V的插層偏壓,拉曼光譜與原始樣品
相似.但是,當(dāng)施加的電壓高于3V時,G峰和D峰的強度顯著增加,并且隨著偏壓增加至3 V,G峰從1580cm-1變?yōu)?603 cm-1.G峰強度的增
加表明了離子插層的摻雜效果.同時G峰藍(lán)移23cm-1意味著插層成功.D峰強度的增加表明在插層過程中石墨烯層中缺陷的增加.對于高于
4 V的偏壓,隨著2D峰的減小,會出現(xiàn)強熒光背景,這進(jìn)一步證明了插層的強摻雜效應(yīng).當(dāng)去掉施加電壓,表面石墨烯顯示出與原始樣品相似
的拉曼光譜（圖四c）,也就是說插層過程是可逆的.
05 方塊電阻測試
多層石墨烯在插層偏壓下的方塊電阻也通過四點電阻率法進(jìn)行測量（圖五a）.石墨烯層之間得弱范德華力使離子液體的陰離子/陽離子
在電壓偏置下插入層中.結(jié)果,石墨烯上的電荷密度顯著增加,并且多層石墨烯的薄層電阻從低于2 V的11Ω/□急劇下降至高于3.5V的4Ω/
□（圖5b）,這與拉曼測試結(jié)果一致.在2 V以下的電壓下,離子積聚在石墨烯-離子液體界面,而2 V以上的離子則插入到表面石墨烯層上.但
是,發(fā)射率也可以在2 V以下進(jìn)行調(diào)制（圖二c）,這歸因于在表面石墨烯樣品處積累的離子的靜電摻雜效應(yīng),從而導(dǎo)致較小的紅外發(fā)射率變
化. 此外插層過程是可逆的,脫嵌的石墨烯樣品的I-V曲線與原始石墨烯樣品的I-V曲線相似（圖五c）。
值得一提的是Nanobase拉曼光譜與Keithley 2400電流源表聯(lián)用,通過在石墨烯器件兩端加偏壓,測出不同環(huán)境下石墨烯拉曼光譜的變
化,并得出樣品的I-V曲線.該拉曼光譜儀振鏡掃描,平臺不動,便于實現(xiàn)本實驗對材料施加不同偏壓的原位測試環(huán)境.并且光電流功能與拉曼
功能共用光譜儀光路,便于實現(xiàn)一機(jī)多用凰慈。
您可以通過我們的官方網(wǎng)站了解更多的產(chǎn)品信息,或直接來電咨詢4006-888-532.
展示全部 
展示全部
