2D nanomaterijali u primjeni laserske zaštite

Za postizanje istovremene zaštite od impulsnog i kontinuiranog talasa (CW) ili kvazi-CWLaserska zaštita, značajan istraživački napor je uložen u najsavremenije materijale i procese optičkog ograničavanja (OL) u pokušaju da se postignu neke mere zaštite od ovakvih laserskih zraka u proteklim decenijama. Dvodimenzionalni (2D) nanomaterijali sa puno jedinstvenih svojstava, uključujući grafen, dihalkogenide prelaznih metala, crni fosfor i druge, izazvali su opsežan istraživački interes mnogih istraživača. U ovom preglednom radu sistematski opisujemo OL mehanizme i nedavna dostignuća u 2D nanomaterijalima i njihovim organskim/polimernim derivatima za lasersku zaštitu. U nastojanju da se održi prednost 2D nanomaterijala, ne samo da se mogu uvesti funkcionalne molekule ili polimeri da se pomiješaju s njima kako bi se formirao složeni višefazni materijalni sistem, već se mogu ugraditi i rastvorljivi 2D nanoplastovi kovalentno funkcionalizirani organskim/polimernim materijalima u polimerni host za formiranje kompozitnih materijala domaćin-gost od kojih se očekuje da poboljšaju OL performanse cijelog sistema. Sve u svemu, optimizovani kompleksni višekomponentni sistem nanomaterijala enormno poboljšava performanse i primenljivost OL uređaja. Osim toga, fundamentalne studije fotofizičkih i fotonskih svojstava 2D nanomaterijala i njihovih derivata u različitim čvrstim domaćinima su od značaja za modifikaciju nanomaterijala na molekularnom nivou.

Osim što se široko koriste u civilnim poljima, laseri su također razvijeni u razne vrste laserskog oružja. Svojim karakteristikama velike brzine, ponovljenih udara, preciznog ubijanja mete, kontrolisanog stepena oštećenja, otpornosti na elektromagnetne smetnje i ekonomičnih troškova rada, igraće važnu ulogu u budućim ratovima, borbi protiv terorizma, a ima jedinstvenu i važnu stratešku i taktičku vrijednost u sigurnosti i spašavanju. Zapadno razvijene zemlje predvođene Sjedinjenim Državama, dok pridaju veliki značaj istraživanju i razvoju naprednog laserskog oružja, također energično promiču istraživanja laserske zaštite, radujući se svim visokovrijednim optoelektronskim opterećenjima vojnih/civilnih platformi, vojnoj opremi i osoblju za efikasna laserska zaštita. Tokom protekle dvije decenije, ljudi su ulagali stalne napore da dobiju funkcionalne materijale koji mogu učinkovito zaštititi lasere, kao što su fulereni, ugljične nanocijevi (CNT), grafen, porfirin, ftalocijanin, naftalocijanin, miješani metalni kompleksi, suspenzija čađe, metal/metal oksidne nanočestice/nanožice, poluvodičke nanočestice/nanožice, polimeri i njihovi kompoziti, organski/anorganski kompozitni materijali i drugi nelinearni optički materijali se postepeno pripremaju.

Poslednjih godina, dvodimenzionalni funkcionalni materijali (grafen, heksagonalni bor nitrid, halogenidi prelaznih metala, grafitizovani ugljen nitrid, slojeviti metalni oksidi, itd.), dvodimenzionalni polimeri, metal-organski okviri, perovskiti, crni fosfor (crni fosfor, itd.) BP), itd. (Slika 1) i njihovi derivati ​​se koriste u tranzistorima sa efektom polja, optičkim modulatorima, laserima sa zaključavanjem moda i Q-switched laserima, optičkim ograničenjima, skladištenjem informacija i energije, polja kao što su radiofrekventni uređaji i hemijski senzori su pokazala sve važnija potencijalna vrijednost primjene. U 2014. godini, šezdeset četiri naučnika o materijalima iz cijelog svijeta zajedno su napisali "Mapu razvoja grafena i drugih dvodimenzionalnih materijala", koja je obezbijedila da budući razvoj dvodimenzionalnih materijala pokazuje put. Međutim, ovi dvodimenzionalni materijali nisu rastvorljivi ni u jednom organskom rastvaraču, što ozbiljno ograničava mogućnosti obrade rastvora i primene materijala. Korištenjem "presintetiziranog organskog ili polimernog cijepljenja na (cijepljenje na) ili "cijepljenja organskih grupa ili polimernih lanaca direktno sa površine dvodimenzionalnih materijala" može se dizajnirati i pripremiti veliki broj organskih/polimera zasnovanih na dvodimenzionalnim nanomaterijalima. Molekularni optoelektronski funkcionalni materijali.Ovaj članak daje pregled istraživačkog napretka u oblasti optičkog ograničenja posljednjih godina na osnovu najreprezentativnijih dvodimenzionalnih materijala i njihovih organskih/polimernih derivata kao što su grafen, BP, sulfidi prelaznih metala i perovskiti. ključna naučna pitanja i budući trendovi razvoja.

Nekoliko tipičnih dvodimenzionalnih materijala i šeme njihove primjene

U pogledu principa rada, tehnologija laserske zaštite može se podijeliti u dvije kategorije: laserska zaštitna tehnologija zasnovana na principima linearne optike i tehnologija laserske zaštite zasnovana na principima nelinearne optike (NLO). Osim toga, postoji i termički indukovana tehnologija zaštite od promjene faze i tehnologija zaštite mehaničke mikrostrukture, itd. Relativno govoreći, laserski zaštitni materijali zasnovani na nelinearnim optičkim principima imaju otpornost širokog spektra na lasere promjenjive valne dužine, brzo vrijeme odziva i aktivaciju protektora. ne utiče na detekciju ili obradu slike i mogućnosti prenosa instrumenta. , može efikasno smanjiti intenzitet lasera na nivo prihvatljiv za optičke instrumente, vojnu opremu i ljudsko oko. Ima izuzetno visoku praktičnu vrijednost primjene i također je ključna tema istraživanja u ovoj oblasti na međunarodnom nivou. Kao što je prikazano na slici 2, najvažniji mehanizam laserske zaštite (optičko ograničavanje, OL) uglavnom uključuje pobuđeno stanje obrnute zasićene apsorpcije (RSA), apsorpciju dva fotona/apsorpciju više fotona (TPA/MPA), apsorpciju slobodnog nosioca (slobodno- apsorpcija nosioca, FCA), nelinearna refrakcija (NLR) i nelinearno rasejanje (NLS). U području vidljive svjetlosti, raspon zaštite RSA materijala u otopinama i čvrstim filmovima je između 400 -600 nm, dok TPA materijali proizvode optičke ograničavajuće efekte zbog apsorpcije pobuđenog stanja u području 600-800 nm. Područje optičkog ograničavanja efekta NLS materijala može se proširiti do bliskog infracrvenog područja. RSA, FCA i termalni efekti izazivaju Nelinearna refrakcija uključuje kumulativne nelinearne efekte, dok je nelinearna refrakcija uzrokovana MPA i efektima slobodnih elektrona trenutni nelinearni efekti. Prvi zavisi od energetskog fluksa deponovanog u uzorku, dok drugi zavisi samo od upadnog lasera. Trenutni intenzitet. RSA se obično proizvodi iz molekularnog sistema u kojem je presjek apsorpcije pobuđenog stanja veći od presjeka apsorpcije u osnovnom stanju. Kako se energija upadne svjetlosti povećava, apsorpcija svjetlosti od strane apsorpcionog materijala protiv zasićenja dodatno se povećava, a stupanj propuštanja svjetlosti se smanjuje. MPA (posebno TPA) je važan trenutni nelinearni efekat koji se lako može uočiti u mnogim poluvodičkim materijalima. Elektroni u valentnom pojasu apsorbuju više fotona kroz virtualno međustanje kako bi potaknuli prijelaz u provodni pojas materijala. Za FCA, Nosači koji nastaju apsorpcijom fotona ili termičkim efektima u pojasu provodljivosti (elektroni) i valentnom pojasu (rupe) mogu kontinuirano apsorbirati fotone i prijeći sa niskih energetskih nivoa na visoke energetske nivoe. Kada je broj generiranih besplatnih nosača velik, ovaj proces može igrati određenu ulogu. NLR može proizaći iz stvarnog dijela χ(3) (Kerova nelinearnost elektrona), koji je trenutna ili prolazna nelinearnost, ili može doći od kumulativnih efekata generiranja nosioca induciranih apsorpcijom fotona ili termičkim efektima. Od Samofokusiranje ili samodefokusiranje NLR-a može se primijeniti na optičko ograničavanje. NLS igra važnu ulogu u optičkim procesima zasnovanim na nanomaterijalima. Rasejanje obično uključuje Rayleighovo rasejanje, Tyndallovo rasejanje i Ramanovo rasejanje. Kada je veličina čestice manja od ili kada je mnogo manja od valne dužine upadne svjetlosti (manje od jedne desetine valne dužine), intenzitet raspršene svjetlosti u svakom smjeru je različit, što je obrnuto proporcionalno četvrtom snaga talasne dužine upadne svetlosti. Ovaj fenomen se naziva Rayleighovo raspršenje. U ovom trenutku, Rayleighova teorija rasejanja može se koristiti za analizu. Međutim, kada je veličina centra raspršenja jednaka ili veća od valne dužine upadne svjetlosti, intenzitet raspršenja je proporcionalan kvadratu frekvencije, a raspršivanje je veće u smjeru naprijed svjetlosti nego unatrag. smjer. Jaka, usmjerenost je relativno očigledna, a Mieova teorija raspršenja se može koristiti za analizu u ovom trenutku. Kao i MPA, NLS nije osjetljiv na uski raspon talasnih dužina rezonancije upadne svjetlosti, tako da može doprinijeti širokopojasnom optičkom ograničavajućem odgovoru. U literaturi je predloženo. Postoji mnogo načina da se induciraju centri raspršenja. Ovaj centar raspršivanja može proizaći iz stvaranja mjehurića rastvarača ili zbog diskontinuiteta indeksa prelamanja uzrokovanog plazmom formiranom na površini nanomaterijala i termičkim efektom rastvarača koji okružuje nanočestice. Iz perspektive praktične primjene, idealno je dizajnirati nelinearne optičke materijale s višestrukim optičkim ograničavajućim mehanizmima (kao što su apsorpcija protiv zasićenja, dvofoton, raspršivanje svjetlosti, itd.) kako bi se postigla laserska zaštita širokog spektra, ali je prilično izazovno.

Optički ograničavajući mehanizmi: (a) Nelinearno rasejanje; (b) višefotonska apsorpcija;

(c) obrnuta apsorpcija koja se može zasićiti; (d) apsorpcija slobodnih nosača

Kontakt informacije:

Ako imate bilo kakvu ideju, slobodno nam se obratite. Bez obzira gdje se nalaze naši kupci i koji su naši zahtjevi, mi ćemo slijediti naš cilj da našim kupcima pružimo visok kvalitet, niske cijene i najbolju uslugu.