2D-nanomaterial i laserskyddsapplikationer

För att uppnå samtidig skydd mot både pulsad och kontinuerlig våg (CW) eller quasi-CWLaserskydd, har betydande forskningsansträngningar ägnats åt de senaste materialen och processerna för optiskt begränsande (OL) i ett försök att uppnå vissa skyddsåtgärder mot sådana laserstrålar under de senaste decennierna. Tvådimensionella (2D) nanomaterial med en mängd unika egenskaper, inklusive grafen, övergångsmetalldikalkogenider, svart fosfor och andra, har väckt många forskares omfattande forskningsintresse. I detta översiktsdokument beskriver vi systematiskt OL-mekanismerna och de senaste framstegen inom 2D-nanomaterial och deras organiska/polymera derivat för laserskydd. I ett försök att upprätthålla fördelen med 2D-nanomaterial kan man inte bara introducera de funktionella molekylerna eller polymererna för att blandas med dem för att bilda ett komplext flerfasmaterialsystem, utan också bädda in de lösliga 2D-nanoark som är kovalent funktionaliserade med organiska/polymera material i en polymervärd för att bilda värd-gästkompositmaterial som förväntas förbättra hela systemets OL-prestanda. Sammantaget förbättrar ett optimerat komplext flerkomponents nanomaterialsystem enormt prestanda och användbarhet hos OL-enheter. Dessutom är de grundläggande studierna av de fotofysiska och fotoniska egenskaperna hos 2D nanomaterial och deras derivat i olika fasta värdar av betydelse för att modifiera nanomaterialen på molekylär nivå.

Förutom att vara flitigt använda inom civila områden har lasrar även utvecklats till olika typer av laservapen. Med sina egenskaper av hög hastighet, upprepade slag, exakt måldöd, kontrollerbar grad av skada, motståndskraft mot elektromagnetiska störningar och ekonomiska driftskostnader, kommer de att spela en viktig roll i framtida krig, bekämpning av terrorism, och det har unika och viktiga strategiska och taktiskt värde inom säkerhet och räddning. Västerländska utvecklade länder som leds av USA, samtidigt som de fäster stor vikt vid forskning och utveckling av avancerade laservapen, främjar också kraftfullt laserskyddsforskning och ser fram emot all högvärdig militär/civil plattforms optoelektroniska belastningar, militär utrustning och personal för effektivt laserskydd. Under de senaste två decennierna har människor gjort oförtröttliga ansträngningar för att få fram funktionella material som effektivt kan skydda lasrar, såsom fullerener, kolnanorör (CNT), grafen, porfyrin, ftalocyanin, naftalocyanin, blandade metallkomplex, kimröksuspension, metall/metall oxidnanopartiklar/nanotrådar, halvledarnanopartiklar/nanotrådar, polymerer och deras kompositer, organiska/oorganiska kompositmaterial och andra olinjära optiska material förbereds gradvis.

På senare år har tvådimensionella funktionella material (grafen, hexagonal bornitrid, övergångsmetallhalider, grafiterad kolnitrid, skiktade metalloxider, etc.), tvådimensionella polymerer, metallorganiska ramverk, perovskiter, svart fosfor (svart fosfor, BP), etc. (Figur 1) och deras derivator används i fälteffekttransistorer, optiska modulatorer, modlåsta och Q-omkopplade lasrar, optisk begränsning, information och energilagring. Fält som radiofrekvensenheter och kemiska sensorer har visat ett allt viktigare potentiellt tillämpningsvärde. 2014 skrev sextiofyra materialforskare från hela världen tillsammans "Utvecklingsfärdplanen för grafen och andra tvådimensionella material", som gav den framtida utvecklingen av tvådimensionella material pekar på vägen. Dessa tvådimensionella material är emellertid inte lösliga i några organiska lösningsmedel, vilket kraftigt begränsar materialets lösningsbearbetnings- och appliceringsförmåga. Att använda "försyntetiserad organisk eller polymer ympning för att (ympa till) eller "ympa organiska grupper eller polymerkedjor direkt från ytan av tvådimensionella material" kan designa och förbereda ett stort antal organiska/polymerer baserade på tvådimensionella nanomaterial. Molekylära optoelektroniska funktionella material. Denna artikel granskar forskningsframstegen inom området optisk begränsning under de senaste åren baserat på de mest representativa tvådimensionella materialen och deras organiska/polymerderivat såsom grafen, BP, övergångsmetallsulfider och perovskiter. , befintliga viktiga vetenskapliga frågor och framtida utvecklingstrender.

Flera typiska tvådimensionella material och deras tillämpningsscheman

När det gäller arbetsprinciper kan laserskyddsteknik delas in i två kategorier: laserskyddsteknik baserad på linjäroptikprinciper och laserskyddsteknik baserad på ickelinjäroptik (NLO) principer. Dessutom finns det även termiskt inducerad fasförändringsskyddsteknik och mekanisk mikrostrukturskyddsteknik etc. Relativt sett har laserskyddsmaterial baserade på olinjära optiska principer bredspektrummotstånd mot lasrar med variabel våglängd, snabba svarstider och aktivering av skyddet påverkar inte instrumentets detektering eller bildbehandling och överföringsmöjligheter. , kan effektivt minska laserintensiteten till en nivå som är acceptabel för optiska instrument, militär utrustning och det mänskliga ögat. Det har extremt högt praktiskt tillämpningsvärde och är också ett centralt forskningsämne inom detta område internationellt. Som visas i figur 2, den viktigaste laserskyddsmekanismen (optiskt begränsande, OL) inkluderar huvudsakligen exciterad tillstånd omvänd mättad absorption (RSA), två fotonabsorption/multifotonabsorption (TPA/MPA), fri bärarabsorption (fri- bärarabsorption, FCA), olinjär refraktion (NLR) och olinjär spridning (NLS). I området med synligt ljus är skyddsområdet för RSA-material i lösningar och fasta filmer mellan 400 -600 nm, medan TPA-material ger optiska begränsande effekter på grund av absorption av exciterat tillstånd i 600-800 nm-området. Det optiska begränsande effektområdet för NLS-material kan sträcka sig till det nära-infraröda området. RSA, FCA och termiska effekter inducerar olinjär brytning involverar kumulativa olinjära effekter, medan olinjär brytning orsakad av MPA och fria elektroneffekter är momentana olinjära effekter. Det förra beror på energiflödet som avsätts i provet, medan det senare endast beror på den infallande lasern. Den momentana intensiteten. RSA produceras vanligtvis från ett molekylärt system där det exciterade tillståndsabsorptionstvärsnittet är större än grundtillståndsabsorptionstvärsnittet. När energin hos det infallande ljuset ökar, ökar absorptionen av ljus av det anti-mättbara absorptionsmaterialet ytterligare, och graden av ljustransmittans minskar. MPA (särskilt TPA) ) är en viktig momentan olinjär effekt som lätt kan observeras i många halvledarmaterial. Elektroner i valensbandet absorberar flera fotoner genom ett virtuellt mellantillstånd för att excitera övergången till materialets ledningsband. För FCA kan bärare som genereras genom fotonabsorption eller termiska effekter i ledningsbandet (elektroner) och valensbandet (hål) kontinuerligt absorbera fotoner och övergå från låga energinivåer till höga energinivåer. När antalet genererade gratisbärare är stort kan detta. Processen kan spela en viss roll. NLR kan komma från den verkliga delen av χ(3) (elektron Kerr-olinjäritet), som är momentan eller transient olinjäritet, eller det kan komma från kumulativa bärargenereringseffekter inducerade av fotonabsorption eller termiska effekter. Från Självfokusering eller självdefokusering av NLR kan tillämpas på optisk begränsning. NLS spelar en viktig roll i optiska processer baserade på nanomaterial. Spridning inkluderar vanligtvis Rayleigh-spridning, Tyndall-spridning och Raman-spridning. När partikelstorleken är mindre än eller när den är mycket mindre än våglängden för det infallande ljuset (mindre än en tiondel av våglängden), är intensiteten av det spridda ljuset i varje riktning olika, vilket är omvänt proportionell mot den fjärde kraften hos våglängden för det infallande ljuset. Detta fenomen kallas Rayleigh-spridning. Vid denna tidpunkt kan Rayleighs spridningsteori användas för analys. Men när storleken på spridningscentrumet är lika med eller större än våglängden för det infallande ljuset, är spridningsintensiteten proportionell mot kvadraten på frekvensen, och spridningen är större i ljusets framåtriktning än bakåt. riktning. Stark, riktbarheten är relativt uppenbar, och Mie spridningsteori kan användas för analys vid denna tidpunkt. Liksom MPA är NLS inte känsligt för det smala resonansvåglängdsområdet för det infallande ljuset, så det kan bidra till det bredbandiga optiska begränsningssvaret. Det har föreslagits i litteraturen. Det finns många sätt att framkalla spridningscentra. Detta spridningscentrum kan komma från genereringen av lösningsmedelsbubblor eller från brytningsindexdiskontinuiteten orsakad av plasman som bildas på ytan av nanomaterialet och den termiska effekten av lösningsmedlet som omger nanopartiklarna. Ur ett praktiskt tillämpningsperspektiv är det idealiskt att designa icke-linjära optiska material med flera optiska begränsningsmekanismer (såsom anti-mättnadsabsorption, tvåfoton, ljusspridning, etc.) för att uppnå brett spektrum laserskydd, men det är ganska utmanande.

Optiska begränsande mekanismer: (a) Icke-linjär spridning; (b) multifotonabsorption;

(c) omvänd mättbar absorption; (d) Absorption av fri bärare

Kontaktinformation:

Om du har några idéer får du gärna prata med oss. Oavsett var våra kunder är och vilka våra krav är, kommer vi att följa vårt mål att ge våra kunder hög kvalitet, låga priser och den bästa servicen.