純凈水也能讓石墨烯發(fā)電

當(dāng)一滴水在石墨烯表面滾動(dòng)，石墨烯敏銳地“覺察”到了細(xì)微的運(yùn)動(dòng)，并產(chǎn)生持續(xù)的電流。浙江大學(xué)林時(shí)勝研究小組闡述了這一現(xiàn)象的奧秘：原來(lái)是襯底在石墨烯傳感和能源收集方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

水滴的重力會(huì)讓襯底表面產(chǎn)生壓電電荷，進(jìn)而在石墨烯的上表面誘導(dǎo)出一層定向排列的水分子或者離子，它們與石墨烯層一起屏蔽了襯底產(chǎn)生的壓電電荷。石墨烯中的電子可以以光速的1/300快速移動(dòng)，當(dāng)水滴在石墨烯表面移動(dòng)時(shí)，由于水滴中的離子或水分子的運(yùn)動(dòng)速度比石墨烯的電子慢幾個(gè)數(shù)量級(jí)，所以水滴對(duì)襯底壓電電荷的屏蔽效應(yīng)和石墨烯相比會(huì)表現(xiàn)的相對(duì)遲緩一些，從而能夠引起石墨烯中的一個(gè)持續(xù)的載流子移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電流和電壓輸出。

“由于石墨烯很薄，我們必須靠支撐材料來(lái)構(gòu)建石墨烯器件。但在水滴與石墨烯相互作用機(jī)制方面，很少有人關(guān)注支撐材料也就是襯底對(duì)石墨烯與水相互作用的影響。”浙江大學(xué)博導(dǎo)、副教授林時(shí)勝說(shuō)，基于對(duì)襯底的關(guān)注，2016年，研究小組構(gòu)建了一種石墨烯—壓電薄膜異質(zhì)器件，以此來(lái)探究襯底在石墨烯水流感應(yīng)電壓產(chǎn)生過(guò)程的具體作用。

這項(xiàng)研究成果對(duì)開發(fā)新型納米發(fā)電機(jī)、石墨烯功能器件，以及推動(dòng)石墨烯傳感器和能源發(fā)電的有關(guān)研究具有重要意義。

新納米線可大幅度提高紅外探測(cè)儀器靈敏度

江漢大學(xué)曹元成教授團(tuán)隊(duì)與英國(guó)蘭開斯特大學(xué)半導(dǎo)體中心首席研究員莊乾東博士團(tuán)隊(duì)合作研發(fā)了一種新材料，應(yīng)用于實(shí)踐，比如導(dǎo)彈紅外探測(cè)和夜視儀，可以在目前的基礎(chǔ)上，提高50%探測(cè)靈敏度，讓現(xiàn)有的大部分防紅外偽裝失效，民用方面則更加廣泛。

根據(jù)曹元成教授介紹，銦砷納米線作為高光電轉(zhuǎn)換效率材料，是研究的主要對(duì)象，尤其是基于碳的銦砷一維納米線，是高集成度光電子集成電路的研究熱點(diǎn)。然而，這些材料在制備過(guò)程中，晶體結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生缺陷，導(dǎo)致這類材料對(duì)光的響應(yīng)效率低下或者無(wú)響應(yīng)，特別是在中長(zhǎng)紅外波段方面尤其明顯。

研究人員在砷化銦中摻入銻元素，合成一種新的銻摻雜砷化銦納米線，大幅降低了銦砷納米線的結(jié)構(gòu)缺陷，同時(shí)通過(guò)銻元素的自我催化功能，顯著提升新物質(zhì)對(duì)紅外光子的響應(yīng)性。這種納米線對(duì)光的響應(yīng)波長(zhǎng)，達(dá)到了5.1μm，從而涵蓋整個(gè)中紅外光譜，是目前最長(zhǎng)的紅外波響應(yīng)納米線，可應(yīng)用于室溫下高效工作的中波紅外、長(zhǎng)波紅外光電探測(cè)器、紅外發(fā)射器、高靈敏度光電晶體管等等，是制造各種光電子設(shè)備的理想材料。

靈敏度提高100倍的光纖應(yīng)變傳感器

大連理工大學(xué)教授黃輝團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種溫度系數(shù)可調(diào)的高靈敏度光纖應(yīng)變傳感器。該傳感器與現(xiàn)有主流產(chǎn)品光纖光柵應(yīng)變傳感器相比，其靈敏度提高了100多倍，特別是可以補(bǔ)償各種被測(cè)物的熱膨脹，消除因環(huán)境溫度變化導(dǎo)致的測(cè)量誤差。

這種光纖應(yīng)變傳感器由應(yīng)變膜、光纖準(zhǔn)直器，以及傳動(dòng)桿構(gòu)成。其傳動(dòng)桿采用旋鈕結(jié)構(gòu)，由兩種不同熱膨脹系數(shù)的螺帽與螺絲構(gòu)成，可以在大范圍內(nèi)精確調(diào)節(jié)傳動(dòng)桿的熱膨脹系數(shù)，抵消各種被測(cè)物的熱膨脹影響。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)采用光纖準(zhǔn)直器來(lái)接收應(yīng)變膜反射的光束，大幅地提高了檢測(cè)靈敏度。此次所研制的光纖傳感器，其檢測(cè)范圍達(dá)到1.1×103με，檢測(cè)極限為5.7×10-3με,最高工作頻率為1.18 kHz，溫度系數(shù)調(diào)節(jié)范圍為 -0.15～+0.19 dB/℃。