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人造石墨烯有望打开激光器应用大门

发布时间:2019-08-15 18:57:04

  荷兰卢森堡乌得勒支大学、德国马普学会的研究人员对传统半导体材料的纳米晶体进行了 人造石墨 的理论研究,他们认为人造石墨有潜力应用于、LEDs、光伏以及电子设备。

  研究人员研究了晶格周期小于10nm的结构,发现其具有传统半导体的结构特性,研究的半导体包括岩盐铅硫族化合物和闪锌矿镉硫化合物。

  研究人员称胶体组装取得的进步可以实现人工石墨烯的制造。

  在传统石墨烯中,碳原子形成一个二维六角点阵(左),在人造石墨烯中,半导体纳米晶体形成晶格点(右),在这种特殊情况下,每个纳米晶体具有14个正方形和8个三角形的特殊形状。

  世界首台商用石墨烯飞秒诞生国内

  日前,泰州巨纳新能源有限公司研制的商用石墨烯飞秒光纤器(Fiphene)问世,这也是全球首台商用石墨烯飞秒光纤激光器。同时,该激光器还创造了脉冲宽度最短(105fs)和峰值功率最高(70kW)两项石墨烯飞秒光纤激光器世界纪录。

  飞秒光纤激光器的应用领域非常广阔,包括激光成像、全息光谱及超快光子学等科研应用,以及精细加工、激光医疗(如眼科手术)、等领域。传统的飞秒光纤激光器核心器件 半导体饱和吸收镜(SESAM)采用半导体生长工艺制备,成本很高,且技术由国外垄断。

  在飞秒光纤激光器领域,石墨烯被认为是取代SESAM的最佳材料。2010年诺贝尔物理学奖获得者撰文预测石墨烯飞秒光纤激光器有望在2018年左右产业化。要实现真正的产业化,需要解决高质量石墨烯制备、大规模低成本石墨烯转移、石墨烯与光场强相互作用、石墨烯饱和吸收体封装以及激光功率稳定控制等一系列关键技术。泰州巨纳新能源有限公司经过多年持续研究,成功攻克了这些关键技术,率先实现了石墨烯飞秒光纤激光器的产品化,主要性能指标均高于同类产品,具有很高的性价比和很强的市场竞争能力。

  该产品被命名为Fiphene,取Fiber(光纤)和Graphene(石墨烯)两个词的组合。泰州巨纳新能源有限公司计划以Fiphene为平台,推出更多石墨烯光纤激光器产品,将石墨烯的应用发展向前推进。

  欧盟石墨烯科技路线图

  根据路线图,石墨烯旗舰计划将分两阶段进行:初始热身阶段(201 年10月1日至2016年 月 1日,共资助5400万欧元)和稳定阶段(2016年4月开始,预计每年资助5000万欧元)。

  化学传感器、生物传感器与生物界面

  石墨烯及相关材料(GRM)对分子间相互作用非常敏感,是制造化学传感器的理想材料,理论上可以实现单分子检测,更进一步还能开发用于生物系统的界面传感器。新兴传感技术与生物学的融合能实现亚细胞分辨率的细胞表面动力学研究,并制造出新型器件。该课题旨在研究与开发基于GRM的医用新技术,具体目标包括:实现对单分子(无论是气相还是液相)的选择性检测;开发细胞仿生系统;检测膜/细胞表面的电场与化学梯度;开发多向界面,解决电子器件与生物软组织间的机械失配问题。

  GRM与半导体器件的集成

  GRM与传统的基于硅、GaAs、GaNg、InP的半导体器件的集成,可以提升混合系统的性能。该课题旨在针对GRM膜的转移与键合开发一种产业级的可扩展方法,从而实现GRM在半导体平台上的后端集成。相关提案须关注GRM的转移与键合,以及GRM与半导体器件间界面的设计。结合了GRM和半导体材料两者功能的混合系统应作为工作集成器件发挥其潜能。

  具体目标包括:寻求一条可扩展的途径,以便GRM膜集成到半导体系统时能实现晶片规模集成;针对电学、力学、热学性质和其他接触性质,对GRM与半导体器件的相互作用进行设计,以实现不同目标的应用;使用最先进的计量技术评估被集成的GRM层的质量;实现混合系统的实际应用。

  面向射频应用的无源组件

  该课题旨在开发与测试天线、电子互连、热扩散层、过滤器和微机电系统等无源组件在高频电子领域的不同应用。该课题还关注包括可用开关控制的屏障、自混合天线与光学透明器件在内的新型微波天线与器件。具体目标包括:设计并实现基于GRM的无源射频组件;使用最先进的表征技术和评估方法验证组件性能,以满足不同应用的具体需求;申请者应在提案中清楚描述和探讨其预想的无源组件优于传统技术之处。

  硅光子学的集成

  该课题旨在面向下一代计算与通信系统,开发集成GRM与硅波导和无源光路的方法,特别是可使现有的类CMOS硅制造基础设施在未来实现晶片规模集成的可扩展方案。具体目标包括:展示GRM与硅基光电集成电路晶片规模集成的可能性;在集成GRM基调制器和检测器与硅光子电路的基础上对光互连进行验证;利用最先进的计量技术,优化和评估电路的性能与能效;证明非线性器件可实现全光数据处理。

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