Двовимірні наноматеріали в полі застосування лазерного захисту

Для досягнення одночасного захисту від імпульсної та безперервної хвилі (CW) або квазіCWЗахист від лазерів, в останні десятиліття значні дослідницькі зусилля були присвячені найсучаснішим матеріалам і процесам оптичного обмеження (OL) у спробі досягти певних заходів захисту від таких лазерних променів. Двовимірні (2D) наноматеріали з багатьма унікальними властивостями, включаючи графен, діхалькогеніди перехідних металів, чорний фосфор та інші, викликали великий дослідницький інтерес багатьох дослідників. У цьому оглядовому документі ми систематично описуємо механізми OL і останні досягнення в галузі двовимірних наноматеріалів та їх органічних/полімерних похідних для лазерного захисту. Прагнучи зберегти переваги двовимірних наноматеріалів, можна не тільки вводити функціональні молекули або полімери для змішування з ними, щоб утворити складну багатофазну матеріальну систему, але також вбудовувати розчинні 2D нанолисти, ковалентно функціоналізовані органічними/полімерними матеріалами в полімерний хост для формування композитних матеріалів хост-гость, які, як очікується, покращать продуктивність OL всієї системи. Загалом, оптимізована комплексна багатокомпонентна система наноматеріалів значно підвищує продуктивність і застосовність пристроїв OL. Крім того, фундаментальні дослідження фотофізичних і фотонних властивостей двовимірних наноматеріалів та їх похідних у різних твердих тілах є важливими для модифікації наноматеріалів на молекулярному рівні.

Окрім широкого використання в цивільних сферах, лазери також були розроблені для створення різних типів лазерної зброї. Завдяки своїм характеристикам, таким як висока швидкість, багаторазові удари, точне вбивство цілей, контрольований ступінь ураження, стійкість до електромагнітних перешкод і економічні витрати на експлуатацію, вони відіграватимуть важливу роль у майбутніх війнах, боротьбі з тероризмом і мають унікальну та важливу стратегічну роль. і тактичну цінність у сфері безпеки та порятунку. Західні розвинені країни на чолі зі Сполученими Штатами, надаючи великого значення дослідженням і розробці передової лазерної зброї, також активно сприяють дослідженням лазерного захисту, з нетерпінням чекаючи на всі високоцінні військові/цивільні платформи оптико-електронних навантажень, військового обладнання та персоналу для ефективний лазерний захист. Протягом останніх двох десятиліть люди доклали невпинних зусиль, щоб отримати функціональні матеріали, які можуть ефективно захищати лазери, такі як фулерени, вуглецеві нанотрубки (ВНТ), графен, порфірин, фталоціанін, нафталоціанін, змішані металеві комплекси, суспензія сажі, метал/метал. Поступово готуються оксидні наночастинки/нанодроти, напівпровідникові наночастинки/нанодроти, полімери та їх композити, органічні/неорганічні композитні матеріали та інші нелінійно-оптичні матеріали.

В останні роки двовимірні функціональні матеріали (графен, гексагональний нітрид бору, галогеніди перехідних металів, графітизований нітрид вуглецю, шаруваті оксиди металів тощо), двовимірні полімери, металоорганічні каркаси, перовскіти, чорний фосфор (чорний фосфор, BP) тощо (Рис. 1) та їх похідні використовуються в польових транзисторах, оптичних модуляторах, лазерах із синхронізованим режимом і модуляцією добротності, оптичним обмеженням, накопичувачах інформації та енергії. Такі поля, як радіочастотні пристрої та хімічні датчики, показали дедалі важливіша потенційна прикладна цінність. У 2014 році шістдесят чотири вчені-матеріалисти з усього світу спільно написали «Дорожню карту розвитку графену та інших двовимірних матеріалів», у якій зазначено, що майбутній розвиток двовимірних матеріалів вказує шлях. Однак ці двовимірні матеріали не розчиняються в жодних органічних розчинниках, що серйозно обмежує можливості обробки розчину та застосування матеріалів. Використання «попередньо синтезованого органічного або полімерного щеплення до (щеплення до) або «щеплення органічних груп або полімерних ланцюгів безпосередньо з поверхні двовимірних матеріалів» може спроектувати та підготувати велику кількість органічних/полімерних на основі двовимірних наноматеріалів. Молекулярні оптоелектронні функціональні матеріали. У цій статті розглядається прогрес досліджень у галузі оптичного обмеження за останні роки на основі найбільш репрезентативних двовимірних матеріалів та їх органічних/полімерних похідних, таких як графен, BP, сульфіди перехідних металів та перовскіти. основні наукові проблеми та перспективи розвитку.

Деякі типові двовимірні матеріали та схеми їх застосування

З точки зору принципів роботи, технологію лазерного захисту можна розділити на дві категорії: технологію лазерного захисту на основі принципів лінійної оптики та технологію лазерного захисту на основі принципів нелінійної оптики (NLO). Крім того, існує також технологія захисту від термічної зміни фази та технологія захисту механічної мікроструктури тощо. Відносно кажучи, матеріали для лазерного захисту, засновані на принципах нелінійної оптики, мають широкий спектр стійкості до лазерів із змінною довжиною хвилі, швидкий час відгуку та активацію протектора. не впливає на виявлення або можливості обробки та передачі зображень приладу. , може ефективно знизити інтенсивність лазера до рівня, прийнятного для оптичних приладів, військового обладнання та людського ока. Він має надзвичайно високу практичну цінність, а також є ключовою темою досліджень у цій галузі на міжнародному рівні. Як показано на малюнку 2, найважливіший механізм лазерного захисту (оптичне обмеження, OL) в основному включає зворотне насичене поглинання у збудженому стані (RSA), двофотонне/багатофотонне поглинання (TPA/MPA), поглинання вільних носіїв (вільно- поглинання носія, FCA), нелінійне заломлення (NLR) і нелінійне розсіювання (NLS). У області видимого світла діапазон захисту матеріалів RSA в розчинах і твердих плівках становить від 400 -600 нм, тоді як матеріали TPA створюють оптичні обмежувальні ефекти через поглинання у збудженому стані в області 600-800 нм. Область оптичного обмеження матеріалів NLS може поширюватися на ближню інфрачервону область. RSA, FCA та термічні ефекти викликають Нелінійне заломлення включає кумулятивні нелінійні ефекти, тоді як нелінійне заломлення, викликане MPA та ефекти вільних електронів, є миттєвими нелінійними ефектами. Перший залежить від потоку енергії, що вкладається в зразок, тоді як другий залежить тільки від падаючого лазера. Миттєва інтенсивність. RSA зазвичай виробляється з молекулярної системи, в якій поперечний переріз поглинання у збудженому стані більший, ніж переріз поглинання в основному стані. Оскільки енергія падаючого світла збільшується, поглинання світла антинасичуючим поглинаючим матеріалом ще більше збільшується, а ступінь пропускання світла зменшується. MPA (особливо TPA) — важливий миттєвий нелінійний ефект, який легко спостерігати в багатьох напівпровідникових матеріалах. Електрони у валентній зоні поглинають кілька фотонів через віртуальний проміжний стан, щоб збудити перехід до зони провідності матеріалу. Для FCA Носії, що утворюються внаслідок поглинання фотонів або теплових ефектів у зоні провідності (електрони) і валентній зоні (дірки), можуть постійно поглинати фотони та переходити від низьких рівнів енергії до високих рівнів енергії. Коли кількість згенерованих вільних носіїв велика, цей процес може відігравати певну роль. NLR може походити від дійсної частини χ(3) (електронна нелінійність Керра), яка є миттєвою або перехідною нелінійністю, або це може походити від кумулятивних ефектів генерації носіїв, викликаних поглинанням фотонів або тепловими ефектами. Від Самофокусування або самодефокусування NLR можна застосувати до оптичного обмеження. NLS відіграє важливу роль в оптичних процесах на основі наноматеріалів. Розсіювання зазвичай включає розсіювання Релея, розсіювання Тіндаля та комбінаційне розсіяння. Коли розмір частинок менший, ніж Або, коли він набагато менший за довжину хвилі падаючого світла (менше однієї десятої довжини хвилі), інтенсивність розсіяного світла в кожному напрямку різна, обернено пропорційна четвертому потужність довжини хвилі падаючого світла. Це явище називається розсіюванням Релея. У цей час для аналізу можна використовувати теорію розсіювання Релея. Однак, коли розмір центру розсіювання дорівнює або перевищує довжину хвилі падаючого світла, інтенсивність розсіювання пропорційна квадрату частоти, і розсіювання більше в прямому напрямку світла, ніж у зворотному. напрямок. Сильно, спрямованість відносно очевидна, і теорію розсіювання Мі можна використовувати для аналізу на даний момент. Як і MPA, NLS не чутливий до вузького діапазону резонансних довжин хвиль падаючого світла, тому він може сприяти широкосмуговій оптичній обмежувальній реакції. У літературі запропоновано, що існує багато способів індукувати центри розсіювання. Цей центр розсіювання може походити від утворення бульбашок розчинника або від порушення показника заломлення, викликаного плазмою, що утворюється на поверхні наноматеріалу, і тепловим ефектом розчинника, що оточує наночастинки. З точки зору практичного застосування, ідеально розробляти нелінійні оптичні матеріали з декількома механізмами оптичного обмеження (такими як поглинання проти насичення, двофотонне розсіювання світла тощо), щоб досягти лазерного захисту широкого спектру, але це досить виклик.

Механізми оптичного обмеження: (а) нелінійне розсіювання; (b) багатофотонне поглинання;

(c) зворотне насичене поглинання; (d) поглинання вільними носіями

Контактна інформація:

Якщо у вас є якісь ідеї, не соромтеся поговорити з нами. Незалежно від того, де знаходяться наші клієнти та які наші вимоги, ми будемо слідувати нашій меті надавати нашим клієнтам високу якість, низькі ціни та найкращий сервіс.