2D nanomaterijali u polju primjene laserske zaštite

Kako bi se postigla istovremena zaštita od pulsnog i kontinuiranog vala (CW) ili kvazi-CWZaštita od lasera, značajan istraživački napor posvećen je najsuvremenijim optičkim ograničavajućim (OL) materijalima i procesima u pokušaju da se postignu neke mjere zaštite od takvih laserskih zraka u prošlim desetljećima. Dvodimenzionalni (2D) nanomaterijali s mnoštvom jedinstvenih svojstava, uključujući grafen, dihalkogenide prijelaznih metala, crni fosfor i druge, pobudili su veliki istraživački interes mnogih istraživača. U ovom preglednom radu sustavno opisujemo OL mehanizme i nedavna postignuća u 2D nanomaterijalima i njihovim organskim/polimernim derivatima za zaštitu od lasera. 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 sustav, već se također mogu ugraditi topljive 2D nanoplohe kovalentno funkcionalizirane s organskim/polimernim materijalima u polimerni domaćin za formiranje kompozitnih materijala domaćin-gost za koje se očekuje da će poboljšati OL performanse cijelog sustava. Sve u svemu, optimizirani složeni višekomponentni sustav nanomaterijala enormno poboljšava performanse i primjenjivost OL uređaja. Osim toga, fundamentalna istraživanja fotofizičkih i fotonskih svojstava 2D nanomaterijala i njihovih derivata u različitim krutim domaćinima značajna su za modificiranje nanomaterijala na molekularnoj razini.

Osim što se široko koriste u civilnim područjima, laseri su također razvijeni u razne vrste laserskog oružja. Sa svojim karakteristikama velike brzine, ponovljenih udara, preciznog ubijanja ciljeva, kontroliranog stupnja oštećenja, otpornosti na elektromagnetske smetnje i ekonomičnih operativnih troškova, igrat će važnu ulogu u budućim ratovima, borbi protiv terorizma i imaju jedinstvenu i važnu stratešku ulogu i taktičku vrijednost u sigurnosti i spašavanju. Zapadne razvijene zemlje predvođene Sjedinjenim Državama, iako pridaju veliku važnost istraživanju i razvoju naprednog laserskog oružja, također snažno promiču istraživanje zaštite od lasera, radujući se svim visokovrijednim vojnim/civilnim platformskim optoelektroničkim opterećenjima, vojnoj opremi i osoblju za učinkovita laserska zaštita. Tijekom posljednja dva desetljeća ljudi su ulagali neprekidne napore kako bi dobili funkcionalne materijale koji mogu učinkovito zaštititi lasere, kao što su fulereni, ugljikove nanocijevi (CNT), grafen, porfirin, ftalocianin, 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 postupno se pripremaju.

Posljednjih godina dvodimenzionalni funkcionalni materijali (grafen, heksagonalni bor nitrid, halogenidi prijelaznih metala, grafitizirani ugljikov nitrid, slojeviti metalni oksidi itd.), dvodimenzionalni polimeri, metalno-organski okviri, perovskiti, crni fosfor (crni fosfor, BP), itd. (Slika 1) i njihovi derivati ​​koriste se u tranzistorima s efektom polja, optičkim modulatorima, laserima s zaključanim modom i Q-sklopkom, optičkim ograničenjima, pohrani informacija i energije. Polja kao što su radiofrekvencijski uređaji i kemijski senzori pokazala su sve važnija potencijalna vrijednost primjene. Godine 2014. šezdeset i četiri znanstvenika za materijale iz cijelog svijeta zajedno su napisali "Razvojni plan za grafen i druge dvodimenzionalne materijale", koji je pružio budući razvoj dvodimenzionalnih materijala koji pokazuje put. Međutim, ti dvodimenzionalni materijali nisu topljivi ni u jednom organskom otapalu, što ozbiljno ograničava mogućnosti obrade otopine i primjene materijala. Upotrebom "prethodno sintetiziranog organskog ili polimernog cijepljenja na (cijepljenje na) ili "cijepljenja organskih skupina ili polimernih lanaca izravno s površine dvodimenzionalnih materijala" može se dizajnirati i pripremiti veliki broj organskih/polimera temeljenih na dvodimenzionalnim nanomaterijalima. Molekularni optoelektronički funkcionalni materijali. Ovaj članak daje pregled napretka istraživanja u području optičkog ograničenja posljednjih godina na temelju najreprezentativnijih dvodimenzionalnih materijala i njihovih organskih/polimernih derivata kao što su grafen, BP, sulfidi prijelaznih metala i perovskiti. , postojeći ključna znanstvena pitanja i budući trendovi razvoja.

Nekoliko tipičnih dvodimenzionalnih materijala i shema njihove primjene

U smislu principa rada, laserska zaštitna tehnologija može se podijeliti u dvije kategorije: laserska zaštitna tehnologija koja se temelji na principima linearne optike i laserska zaštitna tehnologija koja se temelji na principima nelinearne optike (NLO). Osim toga, postoji i tehnologija zaštite od termički inducirane fazne promjene i tehnologija zaštite mehaničke mikrostrukture, itd. Relativno govoreći, materijali za zaštitu od lasera koji se temelje na nelinearnim optičkim principima imaju otpornost širokog spektra na lasere promjenjive valne duljine, brzo vrijeme odziva i aktivaciju zaštitnika ne utječe na detekciju ili mogućnosti obrade slike i prijenosa instrumenta. , može učinkovito smanjiti intenzitet lasera na razinu prihvatljivu za optičke instrumente, vojnu opremu i ljudsko oko. Ima iznimno visoku praktičnu primjenjivu vrijednost i također je ključna tema istraživanja u ovom području na međunarodnoj razini. Kao što je prikazano na slici 2, najvažniji mehanizam laserske zaštite (optičko ograničenje, OL) uglavnom uključuje reverznu zasićenu apsorpciju u pobuđenom stanju (RSA), apsorpciju dva fotona/apsorpciju više fotona (TPA/MPA), apsorpciju slobodnog nositelja (slobodno- apsorpcija nositelja, FCA), nelinearna refrakcija (NLR) i nelinearno raspršenje (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 učinke zbog apsorpcije pobuđenog stanja u području 600-800 nm. Područje optičkog ograničavajućeg učinka NLS materijala može se proširiti na područje blisko infracrvenom. RSA, FCA i toplinski učinci izazivaju Nelinearna refrakcija uključuje kumulativne nelinearne učinke, dok su nelinearna refrakcija uzrokovana MPA i učinci slobodnih elektrona trenutačni nelinearni učinci. Prvi ovisi o protoku energije taloženom u uzorku, dok drugi ovisi samo o upadnom laseru. Trenutni intenzitet. RSA se obično proizvodi iz molekularnog sustava u kojem je presjek apsorpcije u pobuđenom stanju veći od presjeka apsorpcije u osnovnom stanju. Kako se energija upadne svjetlosti povećava, apsorpcija svjetlosti od strane apsorpcijskog materijala protiv zasićenja dodatno se povećava, a stupanj propusnosti svjetlosti se smanjuje. MPA (osobito TPA) je važan trenutni nelinearni učinak koji se lako može uočiti u mnogim poluvodičkim materijalima. Elektroni u valentnom pojasu apsorbiraju više fotona kroz virtualno međustanje kako bi pobudili prijelaz u vodljivi pojas materijala. Za FCA, nositelji generirani apsorpcijom fotona ili toplinskim učincima u vodljivom pojasu (elektroni) i valentnom pojasu (rupe) mogu kontinuirano apsorbirati fotone i prelaziti s niskih razina energije na visoke razine energije. Kada je broj generiranih besplatnih nosača velik, ovaj proces može igrati određenu ulogu. NLR može proizaći iz stvarnog dijela χ(3) (elektronska Kerrova nelinearnost), što je trenutna ili prolazna nelinearnost, ili može proizaći iz kumulativnih učinaka generiranja nositelja izazvanih apsorpcijom fotona ili toplinskim učincima. Od Samofokusiranje ili samodefokusiranje NLR-a može se primijeniti na optičko ograničenje. NLS ima važnu ulogu u optičkim procesima temeljenim na nanomaterijalima. Raspršenje obično uključuje Rayleighovo raspršenje, Tyndallovo raspršenje i Ramanovo raspršenje. Kada je veličina čestice manja od Ili kada je puno manja od valne duljine upadne svjetlosti (manje od jedne desetine valne duljine), intenzitet raspršene svjetlosti u svakom smjeru je različit, što je obrnuto proporcionalno četvrtom snaga valne duljine upadne svjetlosti. Taj se fenomen naziva Rayleighovo raspršenje. U ovom trenutku za analizu se može koristiti Rayleighova teorija raspršenja. Međutim, kada je veličina središta raspršenja jednaka ili veća od valne duljine upadne svjetlosti, intenzitet raspršenja proporcionalan je kvadratu frekvencije, a raspršenje je veće u smjeru svjetlosti prema naprijed nego u smjeru unatrag. smjer. Jaka, usmjerenost je relativno očita, a teorija Mieovog raspršenja može se koristiti za analizu u ovom trenutku. Poput MPA, NLS nije osjetljiv na uski raspon valnih duljina rezonancije upadne svjetlosti, tako da može doprinijeti širokopojasnom optičkom ograničavajućem odgovoru. U literaturi je predloženo da postoji mnogo načina za induciranje centara raspršenja. Ovaj centar raspršenja može nastati iz stvaranja mjehurića otapala ili iz diskontinuiteta indeksa loma uzrokovanog plazmom formiranom na površini nanomaterijala i toplinskim učinkom otapala koje okružuje nanočestice. Iz perspektive praktične primjene, idealno je dizajnirati nelinearne optičke materijale s višestrukim optičkim ograničavajućim mehanizmima (kao što su apsorpcija protiv zasićenja, dvofotonsko raspršenje svjetlosti, itd.) kako bi se postigla laserska zaštita širokog spektra, ali prilično je izazovno.

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

(c) reverzna saturabilna apsorpcija; (d) apsorpcija slobodnih nositelja

Kontakt podaci:

Ako imate bilo kakvih ideja, slobodno nam se obratite. Bez obzira gdje su naši kupci i kakvi su naši zahtjevi, slijedit ćemo naš cilj da svojim kupcima pružimo visoku kvalitetu, niske cijene i najbolju uslugu.