Bahan Nano 2D dalam Aplikasi Medan Perlindungan Laser

Untuk mencapai perlindungan serentak terhadap kedua-dua gelombang berdenyut dan berterusan (CW) atau kuasi-CWPerlindungan Laser, usaha penyelidikan yang signifikan telah ditumpukan kepada bahan dan proses pengehadan optikal (OL) terkini dalam usaha untuk mencapai beberapa langkah perlindungan terhadap pancaran laser sedemikian dalam dekad yang lalu. Bahan nano dua dimensi (2D) dengan banyak sifat unik, termasuk graphene, logam peralihan dichalcogenides, fosforus hitam dan lain-lain, telah membangkitkan minat penyelidikan meluas ramai penyelidik. Dalam kertas kajian ini, kami menerangkan secara sistematik mekanisme OL dan pencapaian terkini dalam bahan nano 2D dan derivatif organik/polimernya untuk perlindungan laser. Dalam usaha untuk mengekalkan kelebihan bahan nano 2D, seseorang bukan sahaja boleh memperkenalkan molekul berfungsi atau polimer untuk digabungkan dengan mereka untuk membentuk sistem bahan berbilang fasa yang kompleks, tetapi juga membenamkan helaian nano 2D larut yang difungsikan secara kovalen dengan bahan organik/polimer dalam hos polimer untuk membentuk bahan komposit tuan rumah-tetamu yang dijangka meningkatkan prestasi OL keseluruhan sistem. Secara keseluruhannya, sistem bahan nano berbilang komponen kompleks yang dioptimumkan sangat meningkatkan prestasi dan kebolehgunaan peranti OL. Di samping itu, kajian asas sifat fotofizik dan fotonik bahan nano 2D dan terbitannya dalam pelbagai hos pepejal adalah penting untuk mengubah suai bahan nano pada tahap molekul.

Selain digunakan secara meluas dalam bidang awam, laser juga telah dibangunkan menjadi pelbagai jenis senjata laser. Dengan ciri-ciri kelajuan tinggi, serangan berulang, pembunuhan sasaran yang tepat, tahap kerosakan yang boleh dikawal, penentangan terhadap gangguan elektromagnet, dan kos operasi ekonomi, mereka akan memainkan peranan penting dalam peperangan masa depan, memerangi keganasan, dan Ia mempunyai strategik yang unik dan penting. dan nilai taktikal dalam keselamatan dan penyelamatan. Negara-negara maju Barat yang diketuai oleh Amerika Syarikat, sambil mementingkan penyelidikan dan pembangunan senjata laser canggih, juga giat mempromosikan penyelidikan perlindungan laser, menantikan semua beban optoelektronik platform tentera/sivil yang bernilai tinggi, Peralatan tentera dan kakitangan untuk perlindungan laser yang berkesan. Sepanjang dua dekad yang lalu, orang ramai telah berusaha tanpa henti untuk mendapatkan bahan berfungsi yang boleh melindungi laser dengan berkesan, seperti fullerene, karbon nanotube (CNTs), graphene , porphyrin, phthalocyanine, naphthalocyanine, kompleks logam campuran, suspensi karbon hitam, logam/logam zarah nano oksida/wayar nano, zarah nano semikonduktor/wayar nano, polimer dan kompositnya, bahan Komposit organik/tak organik dan bahan optik bukan linear lain sedang disediakan secara beransur-ansur.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, bahan berfungsi dua dimensi (graphene, boron nitrida heksagon, halida logam peralihan, karbon nitrida bergrafit, oksida logam berlapis, dll.), polimer dua dimensi, rangka kerja logam-organik, perovskit, Fosforus hitam (fosforus hitam, BP), dsb. (Rajah 1) dan terbitannya digunakan dalam transistor kesan medan, modulator optik, laser berkunci mod dan suis Q, pengehadan optik, penyimpanan maklumat dan tenaga, Medan seperti peranti frekuensi radio dan penderia kimia telah menunjukkan nilai aplikasi berpotensi yang semakin penting. Pada tahun 2014, enam puluh empat saintis bahan dari seluruh dunia bersama-sama menulis "Pelan Hala Tuju Pembangunan untuk Graphene dan Bahan Dua Dimensi Lain", yang menyediakan Pembangunan masa depan bahan dua dimensi menunjukkan arah. Walau bagaimanapun, bahan dua dimensi ini tidak larut dalam mana-mana pelarut organik, sangat mengehadkan pemprosesan penyelesaian dan keupayaan aplikasi bahan tersebut. Menggunakan "cantuman organik atau polimer pra-sintesis ke (cantuman ke ) atau "cantuman kumpulan organik atau rantai polimer terus dari permukaan bahan dua dimensi" boleh mereka bentuk dan menyediakan sejumlah besar organik/polimer berdasarkan bahan nano dua dimensi. Bahan berfungsi optoelektronik molekular. Artikel ini mengkaji kemajuan penyelidikan dalam bidang pengehadan optik dalam beberapa tahun kebelakangan ini berdasarkan bahan dua dimensi yang paling mewakili dan terbitan organik/polimernya seperti graphene, BP, sulfida logam peralihan dan perovskit. , sedia ada isu saintifik utama dan trend pembangunan masa depan.

Beberapa bahan dua dimensi biasa dan skema aplikasinya

Dari segi prinsip kerja, teknologi perlindungan laser boleh dibahagikan kepada dua kategori: teknologi perlindungan laser berdasarkan prinsip optik linear dan teknologi perlindungan laser berdasarkan prinsip optik bukan linear (NLO). Di samping itu, terdapat juga teknologi perlindungan perubahan fasa akibat haba dan teknologi perlindungan struktur mikro mekanikal, dsb. Secara relatifnya, bahan perlindungan laser berdasarkan prinsip optik tak linear mempunyai rintangan spektrum luas kepada laser panjang gelombang berubah-ubah, masa tindak balas yang cepat dan pengaktifan pelindung tidak menjejaskan pengesanan atau pemprosesan imej dan keupayaan penghantaran instrumen. , berkesan boleh mengurangkan keamatan laser ke tahap yang boleh diterima oleh instrumen optik, peralatan ketenteraan dan mata manusia. Ia mempunyai nilai aplikasi praktikal yang sangat tinggi dan juga merupakan topik penyelidikan utama dalam bidang ini di peringkat antarabangsa. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2, yang paling penting Mekanisme perlindungan laser (penghadan optik, OL) terutamanya termasuk penyerapan tepu terbalik keadaan teruja (RSA), dua penyerapan foton/penyerapan berbilang foton (TPA/MPA), penyerapan Pembawa bebas (bebas- penyerapan pembawa, FCA), pembiasan tak linear (NLR) dan penyerakan tak linear (NLS). Dalam kawasan cahaya boleh dilihat, julat perlindungan bahan RSA dalam larutan dan filem pepejal adalah antara 400 -600 nm, manakala bahan TPA menghasilkan kesan pengehadan optik akibat penyerapan keadaan teruja dalam rantau 600-800 nm. Kawasan kesan pengehadan optik bahan NLS boleh meluas ke kawasan inframerah dekat. Kesan RSA, FCA dan haba mendorong Pembiasan tak linear melibatkan kesan tak linear terkumpul, manakala pembiasan tak linear disebabkan oleh MPA dan kesan elektron bebas ialah kesan tak linear serta-merta. Yang pertama bergantung pada fluks tenaga yang didepositkan dalam sampel, manakala yang terakhir hanya bergantung pada laser kejadian. Keamatan serta-merta. RSA biasanya dihasilkan daripada sistem molekul di mana keratan rentas penyerapan keadaan teruja adalah lebih besar daripada keratan rentas penyerapan keadaan tanah. Apabila tenaga cahaya kejadian meningkat, penyerapan cahaya oleh bahan penyerapan anti-tepu semakin meningkat, dan tahap penghantaran cahaya berkurangan. MPA (terutamanya TPA) ) ialah kesan tak linear serta-merta yang penting yang mudah diperhatikan dalam banyak bahan semikonduktor. Elektron dalam jalur valens menyerap berbilang foton melalui keadaan perantaraan maya untuk merangsang peralihan kepada jalur pengaliran bahan. Untuk FCA, Pembawa yang dijana melalui penyerapan foton atau kesan terma dalam jalur pengaliran (elektron) dan jalur valens (lubang) boleh terus menyerap foton dan peralihan daripada tahap tenaga rendah kepada tahap tenaga tinggi. Apabila bilangan pembawa percuma yang dijana adalah besar, ini Proses ini boleh memainkan beberapa peranan. NLR boleh datang daripada bahagian sebenar χ(3) (ketaklinieran elektron Kerr), yang merupakan ketaklinearan serta-merta atau sementara, atau ia boleh datang daripada kesan penjanaan pembawa kumulatif yang disebabkan oleh penyerapan foton atau kesan haba. Dari Pemfokusan kendiri atau penyahfokusan kendiri NLR boleh digunakan pada pengehadan optik. NLS memainkan peranan penting dalam proses optik berdasarkan bahan nano. Penyerakan biasanya termasuk penyerakan Rayleigh, penyerakan Tyndall dan penyerakan Raman. Apabila saiz zarah lebih kecil daripada Atau apabila ia jauh lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya kejadian (kurang daripada satu persepuluh panjang gelombang), keamatan cahaya yang tersebar dalam setiap arah adalah berbeza, yang berkadar songsang dengan keempat. kuasa panjang gelombang cahaya kejadian. Fenomena ini dipanggil penyebaran Rayleigh. Pada masa ini, teori hamburan Rayleigh boleh digunakan untuk analisis. Walau bagaimanapun, apabila saiz pusat serakan adalah sama atau lebih besar daripada panjang gelombang cahaya kejadian, keamatan serakan adalah berkadar dengan kuasa dua frekuensi, dan serakan lebih besar ke arah hadapan cahaya berbanding ke belakang. arah. Kuat, arahnya agak jelas, dan teori taburan Mie boleh digunakan untuk analisis pada masa ini. Seperti MPA, NLS tidak sensitif kepada julat panjang gelombang resonans sempit cahaya kejadian, jadi ia mungkin menyumbang kepada tindak balas pengehadan optik jalur lebar. Ia telah dicadangkan dalam literatur Terdapat banyak cara untuk mendorong pusat penyebaran. Pusat serakan ini boleh datang daripada penjanaan gelembung pelarut atau daripada ketakselanjaran indeks biasan yang disebabkan oleh plasma yang terbentuk pada permukaan bahan nano dan kesan haba pelarut yang mengelilingi zarah nano. Dari perspektif aplikasi praktikal, adalah sesuai untuk mereka bentuk bahan optik tak linear dengan pelbagai mekanisme pengehad optik (seperti penyerapan anti-tepu, dua foton, serakan cahaya, dll.) untuk mencapai perlindungan laser spektrum luas, tetapi ia agak mencabar.

Mekanisme pengehad optik: (a) Penyerakan tak linear; (b) penyerapan berbilang foton;

(c) penyerapan boleh tepu terbalik; (d) penyerapan pembawa bebas

Maklumat perhubungan:

Jika anda mempunyai sebarang idea, sila berbincang dengan kami. Tidak kira di mana pelanggan kami berada dan apa keperluan kami, kami akan mengikut matlamat kami untuk menyediakan pelanggan kami kualiti tinggi, harga rendah dan perkhidmatan terbaik.