Nanomaterials 2D en l'aplicació de camp de protecció làser

Per aconseguir una protecció simultània contra ones polsades i contínues (CW) o quasi-CWProtecció làser, s'ha dedicat un esforç de recerca important als materials i processos de limitació òptica (OL) d'última generació en un intent d'aconseguir algunes mesures de protecció contra aquests raigs làser en les últimes dècades. Els nanomaterials bidimensionals (2D) amb moltes propietats úniques, com ara el grafè, els dicalcogenurs de metalls de transició, el fòsfor negre i altres, han despertat l'ampli interès de recerca de molts investigadors. En aquest article de revisió, es descriuen sistemàticament els mecanismes OL i els èxits recents en els nanomaterials 2D i els seus derivats orgànics/polimèrics per a la protecció làser. En un esforç per mantenir l'avantatge dels nanomaterials 2D, no només es poden introduir les molècules o polímers funcionals per barrejar-los per formar un complex sistema de materials multifàsics, sinó també incorporar els nanosheets 2D solubles funcionalitzats de manera covalent amb materials orgànics/polímers en un host de polímer per formar materials compostos host-host que s'espera que millorin el rendiment OL de tot el sistema. Amb tot, un sistema complex de nanomaterials multicomponent optimitzat millora enormement el rendiment i l'aplicabilitat dels dispositius OL. A més, els estudis fonamentals de les propietats fotofísiques i fotòniques dels nanomaterials 2D i els seus derivats en diversos hostes sòlids són importants per modificar els nanomaterials a nivell molecular.

A més de ser àmpliament utilitzat en camps civils, els làsers també s'han desenvolupat en diversos tipus d'armes làser. Amb les seves característiques d'alta velocitat, cops repetits, matança precisa d'objectius, grau de dany controlable, resistència a les interferències electromagnètiques i costos d'operació econòmics, tindran un paper important en futures guerres, antiterrorisme i té una estratègia estratègica única i important. i valor tàctic en seguretat i salvament. Els països desenvolupats occidentals liderats pels Estats Units, tot i que donen una gran importància a la investigació i desenvolupament d'armes làser avançades, també estan promovent enèrgicament la investigació sobre protecció làser, esperant totes les càrregues optoelectròniques de plataformes militars/civils d'alt valor, equipament militar i personal per a protecció làser eficaç. Durant les últimes dues dècades, la gent ha fet esforços incessants per obtenir materials funcionals que puguin protegir eficaçment els làsers, com ara fullerenes, nanotubs de carboni (CNT), grafè, porfirina, ftalocianina, naftalocianina, complexos metàl·lics mixts, suspensió de negre de carboni, metall/metall. A poc a poc s'estan preparant nanopartícules/nanofils d'òxid, nanopartícules/nanofils semiconductors, polímers i els seus compostos, materials compostos orgànics/inorgànics i altres materials òptics no lineals.

En els darrers anys, materials funcionals bidimensionals (grafè, nitrur de bor hexagonal, halogenurs de metalls de transició, nitrur de carboni grafititzat, òxids metàl·lics en capes, etc.), polímers bidimensionals, marcs metall-orgànics, perovskites, fòsfor negre (fòsfor negre, BP), etc. (Figura 1) i els seus derivats s'utilitzen en transistors d'efecte de camp, moduladors òptics, làsers de mode bloquejat i commutat en Q, limitació òptica, emmagatzematge d'informació i energia, camps com ara dispositius de radiofreqüència i sensors químics han demostrat valor potencial d'aplicació cada cop més important. El 2014, seixanta-quatre científics de materials d'arreu del món van escriure conjuntament el "Full de ruta de desenvolupament per al grafè i altres materials bidimensionals", que va proporcionar El futur desenvolupament de materials bidimensionals indica el camí. No obstant això, aquests materials bidimensionals no són solubles en cap dissolvent orgànic, limitant greument el processament de la solució i les capacitats d'aplicació dels materials. L'ús de "empelt orgànic o polímer presintetitzat a (empelt a) o "empelt de grups orgànics o cadenes de polímer directament des de la superfície de materials bidimensionals" pot dissenyar i preparar un gran nombre d'orgànics/polímers basats en nanomaterials bidimensionals. Materials funcionals optoelectrònics moleculars Aquest article repassa els avenços de la recerca en el camp de la limitació òptica en els darrers anys a partir dels materials bidimensionals més representatius i els seus derivats orgànics/polímers com ara el grafè, BP, sulfurs de metalls de transició i perovskites. qüestions científiques clau i tendències de desenvolupament futures.

Diversos materials bidimensionals típics i els seus esquemes d'aplicació

Pel que fa als principis de funcionament, la tecnologia de protecció làser es pot dividir en dues categories: tecnologia de protecció làser basada en principis d'òptica lineal i tecnologia de protecció làser basada en principis d'òptica no lineal (NLO). A més, també hi ha tecnologia de protecció de canvi de fase induïda tèrmicament i tecnologia de protecció de microestructura mecànica, etc. Relativament parlant, els materials de protecció làser basats en principis òptics no lineals tenen una resistència d'ampli espectre a làsers de longitud d'ona variable, temps de resposta ràpids i activació del protector. no afecta les capacitats de detecció o processament d'imatges i transmissió de l'instrument. , pot reduir eficaçment la intensitat del làser a un nivell acceptable per als instruments òptics, equips militars i l'ull humà. Té un valor d'aplicació pràctica extremadament elevat i també és un tema de recerca clau en aquest camp a nivell internacional. Com es mostra a la figura 2, el mecanisme de protecció làser (limitació òptica, OL) més important inclou principalment l'absorció saturable inversa d'estat excitat (RSA), absorció de dos fotons/absorció multifotònica (TPA/MPA), absorció lliure de portadors (lliure- absorció de portadors, FCA), refracció no lineal (NLR) i dispersió no lineal (NLS). A la regió de la llum visible, el rang de protecció dels materials RSA en solucions i pel·lícules sòlides està entre 400 -600 nm, mentre que els materials TPA produeixen efectes limitants òptics a causa de l'absorció de l'estat excitat a la regió de 600-800 nm. L'àrea d'efecte limitant òptic dels materials NLS es pot estendre a la regió de l'infraroig proper. Els efectes RSA, FCA i tèrmics indueixen La refracció no lineal implica efectes no lineals acumulatius, mentre que la refracció no lineal causada per MPA i efectes d'electrons lliures són efectes no lineals instantanis. El primer depèn del flux d'energia dipositat a la mostra, mentre que el segon només depèn del làser incident. La intensitat instantània. L'RSA es produeix normalment a partir d'un sistema molecular en què la secció transversal d'absorció de l'estat excitat és més gran que la secció transversal d'absorció de l'estat fonamental. A mesura que augmenta l'energia de la llum incident, l'absorció de la llum pel material d'absorció antisaturable augmenta encara més i el grau de transmissió de la llum disminueix. MPA (especialment TPA) és un efecte no lineal instantani important que s'observa fàcilment en molts materials semiconductors. Els electrons de la banda de valència absorbeixen diversos fotons mitjançant un estat intermedi virtual per excitar la transició a la banda de conducció del material. Per a FCA, els portadors generats mitjançant l'absorció de fotons o efectes tèrmics a la banda de conducció (electrons) i la banda de valència (forats) poden absorbir fotons contínuament i passar de nivells d'energia baixos a nivells d'energia alts. Quan el nombre de transportistes gratuïts generats és gran, aquest procés pot jugar algun paper. NLR pot provenir de la part real de χ (3) (no linealitat de l'electró Kerr), que és la no linealitat instantània o transitòria, o pot provenir d'efectes de generació de portadors acumulats induïts per l'absorció de fotons o efectes tèrmics. Des de L'autoenfocament o l'autodesenfocament de NLR es pot aplicar a la limitació òptica. NLS té un paper important en els processos òptics basats en nanomaterials. La dispersió sol incloure la dispersió Rayleigh, la dispersió Tyndall i la dispersió Raman. Quan la mida de la partícula és menor que O quan és molt més petita que la longitud d'ona de la llum incident (menys d'una desena part de la longitud d'ona), la intensitat de la llum dispersa en cada direcció és diferent, que és inversament proporcional a la quarta. potència de la longitud d'ona de la llum incident. Aquest fenomen s'anomena dispersió de Rayleigh. En aquest moment, la teoria de la dispersió de Rayleigh es pot utilitzar per a l'anàlisi. Tanmateix, quan la mida del centre de dispersió és igual o més gran que la longitud d'ona de la llum incident, la intensitat de la dispersió és proporcional al quadrat de la freqüència i la dispersió és més gran en la direcció cap endavant de la llum que cap enrere. direcció. Fort, la direccionalitat és relativament òbvia i la teoria de dispersió de Mie es pot utilitzar per a l'anàlisi en aquest moment. Igual que MPA, NLS no és sensible a l'estret rang de longitud d'ona de ressonància de la llum incident, de manera que pot contribuir a la resposta limitadora òptica de banda ampla. S'ha proposat a la literatura Hi ha moltes maneres d'induir centres de dispersió. Aquest centre de dispersió pot provenir de la generació de bombolles de dissolvent o de la discontinuïtat de l'índex de refracció provocada pel plasma format a la superfície del nanomaterial i l'efecte tèrmic del dissolvent que envolta les nanopartícules. Des d'una perspectiva d'aplicació pràctica, és ideal dissenyar materials òptics no lineals amb múltiples mecanismes de limitació òptica (com l'absorció anti-saturació, dos fotons, dispersió de la llum, etc.) per aconseguir una protecció làser d'ampli espectre, però és bastant desafiant.

Mecanismes de limitació òptica: (a) Dispersió no lineal; (b) absorció multifotònica;

(c) absorció saturable inversa; (d) absorció de portador lliure

Informació de contacte:

Si teniu alguna idea, no dubteu a parlar amb nosaltres. Independentment d'on siguin els nostres clients i quins siguin els nostres requisits, seguirem el nostre objectiu d'oferir als nostres clients alta qualitat, preus baixos i el millor servei.