2D nanomedžiagos lazerio apsaugos srityje

Kad būtų užtikrinta vienalaikė apsauga nuo impulsinių ir nuolatinių bangų (CW) arba beveik CWApsauga lazeriu, per pastaruosius dešimtmečius buvo skirtos didelės mokslinių tyrimų pastangos pažangiausioms optinio ribojimo (OL) medžiagoms ir procesams, bandant pasiekti tam tikras apsaugos nuo tokių lazerio spindulių priemones. Dvimatės (2D) nanomedžiagos, turinčios daug unikalių savybių, įskaitant grafeną, pereinamųjų metalų dikalkogenidus, juodąjį fosforą ir kt., sukėlė didelį daugelio tyrinėtojų susidomėjimą moksliniais tyrimais. Šiame apžvalginiame dokumente sistemingai aprašome OL mechanizmus ir naujausius pasiekimus 2D nanomedžiagų ir jų organinių/polimerinių darinių, skirtų apsaugai lazeriu, srityje. Siekiant išlaikyti 2D nanomedžiagų pranašumą, galima ne tik įvesti funkcines molekules ar polimerus, kad su jais susimaišytų ir sudarytų sudėtingą daugiafazių medžiagų sistemą, bet ir įterpti tirpius 2D nanosluoksnius, kovalentiškai funkcionalizuotus su organinėmis/polimerinėmis medžiagomis. polimero šeimininkas, kad sudarytų šeimininko ir svečio kompozicines medžiagas, kurios, kaip tikimasi, pagerins visos sistemos OL našumą. Apskritai optimizuota sudėtinga daugiakomponentė nanomedžiagų sistema nepaprastai pagerina OL įrenginių našumą ir pritaikomumą. Be to, pagrindiniai 2D nanomedžiagų ir jų darinių fotofizinių ir fotoninių savybių tyrimai įvairiuose kietuose šeimininkuose yra svarbūs nanomedžiagų modifikavimui molekuliniu lygiu.

Be to, kad lazeriai buvo plačiai naudojami civilinėse srityse, jie taip pat buvo sukurti į įvairius lazerinius ginklus. Dėl didelio greičio, pasikartojančių smūgių, tikslaus taikinio žudymo, kontroliuojamo žalos laipsnio, atsparumo elektromagnetiniams trukdžiams ir ekonomiškų eksploatavimo išlaidų jie vaidins svarbų vaidmenį būsimuose karuose, kovoje su terorizmu ir turi unikalų ir svarbų strateginį vaidmenį. ir taktinė vertė saugumo ir gelbėjimo srityje. Vakarų išsivysčiusios šalys, vadovaujamos JAV, skirdamos didelę reikšmę pažangių lazerinių ginklų tyrimams ir plėtrai, taip pat aktyviai skatina lazerinės apsaugos tyrimus, tikėdamos visų vertingų karinių/civilinių platformų optoelektroninių apkrovų, karinės įrangos ir personalo. veiksminga lazerio apsauga. Per pastaruosius du dešimtmečius žmonės nenumaldomai stengėsi gauti funkcinių medžiagų, kurios gali veiksmingai apsaugoti lazerius, pvz., fullerenus, anglies nanovamzdelius (CNT), grafeną, porfiriną, ftalocianiną, naftalocianiną, mišrius metalų kompleksus, suodžių suspensiją, metalą / metalą. Palaipsniui ruošiamos oksidinės nanodalelės / nanolaidai, puslaidininkinės nanodalelės / nanolaidai, polimerai ir jų kompozitai, organinės / neorganinės Kompozitinės medžiagos ir kitos netiesinės optinės medžiagos.

Pastaraisiais metais dvimatės funkcinės medžiagos (grafenas, šešiakampis boro nitridas, pereinamųjų metalų halogenidai, grafitizuotas anglies nitridas, sluoksniuoti metalų oksidai ir kt.), dvimačiai polimerai, metalo-organiniai karkasai, perovskitai, juodasis fosforas (juodasis fosforas, BP) ir kt. (1 pav.) ir jų dariniai naudojami lauko efekto tranzistoriuose, optiniuose moduliatoriuose, režimu blokuojamuose ir Q perjungiamuose lazeriuose, optiniuose ribojimuose, informacijos ir energijos kaupime. vis svarbesnė potenciali taikymo vertė. 2014 m. šešiasdešimt keturi medžiagų mokslininkai iš viso pasaulio kartu parašė „Grafeno ir kitų dvimačių medžiagų plėtros gaires“, kuriose numatyta, kad būsima dvimačių medžiagų plėtra rodo kelią. Tačiau šios dvimatės medžiagos netirpsta jokiuose organiniuose tirpikliuose, todėl labai ribojamas tirpalo apdorojimas ir medžiagų panaudojimo galimybės. Naudojant „iš anksto susintetintą organinį arba polimerinį skiepijimą į (skiepijant į ) arba „skiepijant organines grupes ar polimerų grandines tiesiai iš dvimačių medžiagų paviršiaus“, galima suprojektuoti ir paruošti daugybę organinių/polimerų, kurių pagrindą sudaro dvimatės nanomedžiagos. Molekulinės optoelektroninės funkcinės medžiagos. Šiame straipsnyje apžvelgiama pastarųjų metų tyrimų pažanga optinio ribojimo srityje, remiantis reprezentatyviausiomis dvimatėmis medžiagomis ir jų organiniais/polimeriniais dariniais, tokiais kaip grafenas, BP, pereinamųjų metalų sulfidai ir perovskitai. pagrindines mokslo problemas ir ateities plėtros tendencijas.

Keletas tipiškų dvimačių medžiagų ir jų panaudojimo schemos

Pagal veikimo principus lazerinės apsaugos technologijas galima suskirstyti į dvi kategorijas: lazerinės apsaugos technologiją, pagrįstą tiesinės optikos principais, ir lazerinės apsaugos technologiją, pagrįstą netiesinės optikos (NLO) principais. Be to, taip pat yra termiškai indukuotų fazių pokyčio apsaugos technologija ir mechaninės mikrostruktūros apsaugos technologija ir kt. Santykinai kalbant, lazerinės apsaugos medžiagos, pagrįstos netiesiniais optiniais principais, pasižymi plataus spektro atsparumu kintamo bangos ilgio lazeriams, greitu atsako laiku ir apsaugos aktyvavimu. neturi įtakos prietaiso aptikimo ar vaizdo apdorojimo ir perdavimo galimybėms. , gali efektyviai sumažinti lazerio intensyvumą iki tokio lygio, kuris priimtinas optiniams prietaisams, karinei įrangai ir žmogaus akiai. Ji turi itin didelę praktinio taikymo vertę ir taip pat yra pagrindinė šios srities tyrimų tema tarptautiniu mastu. Kaip parodyta 2 paveiksle, svarbiausias Apsaugos lazeriu (optinio ribojimo, OL) mechanizmas daugiausia apima sužadintos būsenos atvirkštinę prisotinamąją sugertį (RSA), dviejų fotonų sugertį / kelių fotonų absorbciją (TPA/MPA), laisvąją nešiklio absorbciją (laisvą- nešiklio absorbcija, FCA), netiesinė refrakcija (NLR) ir netiesinė sklaida (NLS). Regimos šviesos srityje RSA medžiagų apsaugos diapazonas tirpaluose ir kietose plėvelėse yra tarp 400 -600 nm, o TPA medžiagos sukuria optinius ribojančius efektus dėl sužadintos būsenos sugerties 600-800 nm srityje. NLS medžiagų optinio ribojančio poveikio sritis gali apimti infraraudonųjų spindulių sritį. RSA, FCA ir terminiai efektai sukelia Netiesinė refrakcija apima kaupiamuosius netiesinius efektus, o netiesinė refrakcija, kurią sukelia MPA ir laisvųjų elektronų efektai, yra momentiniai netiesiniai efektai. Pirmasis priklauso nuo energijos srauto, nusėdusio mėginyje, o antrasis – tik nuo krintančio lazerio. Momentinis intensyvumas. RSA paprastai gaminama iš molekulinės sistemos, kurioje sužadintos būsenos sugerties skerspjūvis yra didesnis nei pagrindinės būsenos sugerties skerspjūvis. Didėjant krintančios šviesos energijai, dar labiau didėja šviesos sugertis prieš prisotintą sugeriančiąją medžiagą, o šviesos pralaidumo laipsnis mažėja. MPA (ypač TPA)) yra svarbus momentinis netiesinis efektas, kuris lengvai pastebimas daugelyje puslaidininkinių medžiagų. Valentinės juostos elektronai per virtualią tarpinę būseną sugeria kelis fotonus, kad sužadintų perėjimą į medžiagos laidumo juostą. FCA atveju nešikliai, sukurti dėl fotonų sugerties arba šiluminio poveikio laidumo juostoje (elektronai) ir valentinėje juostoje (skylės), gali nuolat sugerti fotonus ir pereiti nuo žemo energijos lygio prie aukšto energijos lygio. Kai sugeneruotų nemokamų operatorių skaičius yra didelis, šis procesas gali atlikti tam tikrą vaidmenį. NLR gali kilti iš tikrosios χ (3) dalies (elektronų Kero netiesiškumas), kuri yra momentinis arba trumpalaikis netiesiškumas, arba gali atsirasti dėl kaupiamojo nešiklio generavimo efektų, kuriuos sukelia fotonų absorbcija arba šiluminiai efektai. Nuo NLR savaiminis fokusavimas arba savaiminis fokusavimas gali būti taikomas optiniam ribojimui. NLS vaidina svarbų vaidmenį optiniuose procesuose, pagrįstuose nanomedžiagomis. Išsklaidymas paprastai apima Rayleigh sklaidą, Tyndall sklaidą ir Ramano sklaidą. Kai dalelės dydis yra mažesnis nei arba kai jis yra daug mažesnis už krintančios šviesos bangos ilgį (mažiau nei viena dešimtoji bangos ilgio), išsklaidytos šviesos intensyvumas kiekviena kryptimi yra skirtingas, o tai atvirkščiai proporcingas ketvirtajai. krintančios šviesos bangos ilgio galia. Šis reiškinys vadinamas Rayleigh sklaida. Šiuo metu analizei galima naudoti Rayleigh sklaidos teoriją. Tačiau kai sklaidos centro dydis yra lygus arba didesnis už krintančios šviesos bangos ilgį, sklaidos intensyvumas yra proporcingas dažnio kvadratui, o sklaida yra didesnė į priekį nei atgal. kryptis. Stiprus, kryptingumas yra gana akivaizdus, ​​o Mie sklaidos teorija šiuo metu gali būti naudojama analizei. Kaip ir MPA, NLS nėra jautrus siauram krintančios šviesos rezonanso bangos ilgio diapazonui, todėl gali prisidėti prie plačiajuosčio optinio ribojimo atsako. Literatūroje buvo pasiūlyta. Yra daug būdų, kaip sukelti sklaidos centrus. Šis sklaidos centras gali atsirasti dėl tirpiklio burbuliukų susidarymo arba dėl lūžio rodiklio nepertraukiamumo, kurį sukelia nanomedžiagos paviršiuje susidariusi plazma ir nanodaleles supančio tirpiklio terminis poveikis. Žvelgiant iš praktinio taikymo perspektyvos, idealu sukurti netiesines optines medžiagas su daugybe optinių ribojimo mechanizmų (pvz., priešsotinimo sugerties, dviejų fotonų, šviesos sklaidos ir kt.), kad būtų pasiekta plataus spektro lazerio apsauga, tačiau tai gana iššūkis.

Optiniai ribojimo mechanizmai: a) Netiesinė sklaida; b) kelių fotonų sugertis;

c) atvirkštinė įsotinamoji absorbcija; d) laisvojo nešiklio absorbcija

Kontaktinė informacija:

Jei turite kokių nors idėjų, nedvejodami pasikalbėkite su mumis. Nesvarbu, kur yra mūsų klientai ir kokie yra mūsų reikalavimai, sieksime savo tikslo teikti klientams aukštą kokybę, žemas kainas ir geriausias paslaugas.