石墨烯是由碳原子構(gòu)成的只有一層原子厚度的二維晶體,是一種超薄的超級(jí)納米材料，同時(shí)具有很高的強(qiáng)度，良好的電性能和光學(xué)性能，被譽(yù)為21世紀(jì)的“新材料之王”。因此，其發(fā)明者安德烈-蓋姆和康斯坦丁-諾沃肖洛夫兩人共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。由于石墨烯的特殊性能，其在新能源電池，顯示屏，傳感器，半導(dǎo)體等領(lǐng)域的應(yīng)用研究都取得了很大的進(jìn)展。而在激光領(lǐng)域，也能見到石墨烯的身影，相關(guān)的研究正在如火如荼的進(jìn)行。

石墨烯薄膜可增加高功率激光組件熱傳導(dǎo)

隨著設(shè)備和組件變得越來(lái)越小，在未來(lái)超高效電子系統(tǒng)的開發(fā)中，電子和光電子的散熱是一個(gè)嚴(yán)重問題?，F(xiàn)在，瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種通過(guò)功能化石墨烯納米薄片高效冷卻電子器件的技術(shù)，或可為解決這一問題鋪平道路。相關(guān)研究成果發(fā)表在最新一期的《自然·通訊》雜志上。

在實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家研究了被固定在石墨烯納米微片層界面和邊界上形成共價(jià)鍵的大量分子，他們還通過(guò)使用光熱反射測(cè)量技術(shù)，演示功能化改進(jìn)的熱耦合現(xiàn)象，以證明界面熱阻。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用基于不同功能化氨基和基于疊氮硅烷分子優(yōu)化膜的熱傳導(dǎo)，熱轉(zhuǎn)換率可比未經(jīng)處理的系統(tǒng)提高76%以上，這主要是通過(guò)引入功能化分子而使接觸的電阻急劇減少所致。

分子動(dòng)力學(xué)模擬和計(jì)算顯示，經(jīng)過(guò)官能化的層，束縛了低頻聲子在橫截面的散射，但反過(guò)來(lái)通過(guò)恢復(fù)長(zhǎng)彎曲聲子壽命，從而增強(qiáng)了結(jié)合薄膜的豎截面熱傳導(dǎo)。結(jié)果表明，這種電子設(shè)備提供了潛在的熱管理解決方案。

該大學(xué)從事電子產(chǎn)品生產(chǎn)研究的約翰·劉教授指出："采用基于石墨烯納米薄片的膜，可使電子和其他電力設(shè)備實(shí)現(xiàn)高效熱傳輸，這或許是一個(gè)有效的解決方法，相關(guān)研究成果正越來(lái)越接近中試生產(chǎn)階段。未來(lái)可將這種石墨烯薄膜集成到微電子設(shè)備和系統(tǒng)中，用于冷卻高效發(fā)光二極管、激光和射頻組件，這將為研制更快更小、高效節(jié)能的高功率電子產(chǎn)品鋪平道路。"

【新發(fā)現(xiàn)】石墨烯能將電轉(zhuǎn)化為光

美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)研究人員和其他國(guó)際機(jī)構(gòu)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種類似飛機(jī)超過(guò)音速時(shí)產(chǎn)生音爆的過(guò)程：也就是說(shuō)，電荷流過(guò)石墨烯，在某種情況下，能超過(guò)減慢了的光速，能形成一種光“爆”---一種強(qiáng)烈的聚焦光束。

這種全新的將電能轉(zhuǎn)化為可見光輻射方式是高度可控的，并且快速有效。研究人員表示，這種方式可能會(huì)帶來(lái)各種新的應(yīng)用。研究成果發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《NatureCommunications》上。

這項(xiàng)新的研究來(lái)自于一個(gè)有趣的觀察現(xiàn)象。研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光照射到石墨烯片上時(shí)，其速度能得到極大的降低。而這種戲劇性的減緩，帶來(lái)了一個(gè)有趣的巧合。由于路經(jīng)相同的材料，減速了的光子(光粒子)經(jīng)過(guò)石墨烯片的速度非常接近電子的速度。

研究人員表示：“石墨烯能通過(guò)我們稱之為表面等離子體的方式捕獲光。等離子體是一種代表了表面電子振蕩的虛擬粒子。這些穿過(guò)石墨烯的等離子體的速度比在自由空間光的速度慢幾百倍?！?br/>
這種效果與石墨烯另一個(gè)特點(diǎn)相吻合：電子以非常高的速度通過(guò)石墨烯，高達(dá)每秒一百萬(wàn)米或者光在真空中速度的三百分之一。這就意味著，這兩種速度足夠接近，如果能將材料進(jìn)行調(diào)諧以便獲得匹配速度，那么兩種粒子間將發(fā)生顯著的相互作用。

這種組合特性---減慢了的光速以及允許電子快速通過(guò)也是石墨烯不同尋常的性質(zhì)之一。這種特性也為石墨烯產(chǎn)生相反的效果提供了可能性：形成光而不是捕獲光。

研究人員表示，這種理論工作表明能通過(guò)這種方法形成一種新的產(chǎn)生光的方式。

具體來(lái)講，由于電子速度在石墨烯中能接近光速，從而打破“光屏障”，因此這種轉(zhuǎn)換是可行的。

到目前為止，工作還處于理論階段。研究人員的下一步將是構(gòu)建系統(tǒng)的實(shí)際工作版本以便對(duì)該概念進(jìn)行驗(yàn)證。

利用石墨烯制備太赫茲“二極管”取得突破

天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院、太赫茲研究中心張偉力教授團(tuán)隊(duì)在石墨烯太赫茲波調(diào)制的研究中取得了突破性進(jìn)展，該項(xiàng)研究成果發(fā)表在國(guó)際著名學(xué)術(shù)刊物NatureCommunications[6,7082(2015)]上。這篇題為"Activegraphene-siliconhybriddiodeforterahertzwaves"的論文報(bào)道了利用光電并行機(jī)制對(duì)石墨烯-硅的復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行主動(dòng)調(diào)制的原創(chuàng)性工作。

作為典型的二維材料，石墨烯具有單層原子結(jié)構(gòu)，優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)和機(jī)械性能，展現(xiàn)出了許多誘人、新穎的物理特性。由于具有外部可調(diào)控的導(dǎo)電率及可調(diào)諧的禁帶寬度，石墨烯在太赫茲領(lǐng)域具有許多潛在的應(yīng)用。其中，利用石墨烯對(duì)太赫茲波進(jìn)行主動(dòng)調(diào)控是目前的研究熱點(diǎn)之一。但是，目前國(guó)際上通常采用單一式光激發(fā)或電調(diào)制等手段對(duì)太赫茲波實(shí)現(xiàn)調(diào)控，其調(diào)制深度受到明顯的限制。

張偉力團(tuán)隊(duì)在前期研究基礎(chǔ)上，提出了基于石墨烯和半導(dǎo)體的太赫茲波調(diào)控的新方法，即采用石墨烯-硅的復(fù)合結(jié)構(gòu)，在低功率連續(xù)激光的激勵(lì)下，利用極低的電壓(0.1-4伏)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲信號(hào)的大幅度調(diào)制，其調(diào)制深度高達(dá)83%，帶寬覆蓋了0.4-2THz范圍。在此基礎(chǔ)上研制的太赫茲集成化器件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)太赫茲波的正向偏壓導(dǎo)通、負(fù)向偏壓截止的光學(xué)“二極管”效應(yīng)。該研究成果為太赫茲二維材料和器件的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)，在寬帶太赫茲波調(diào)制器、太赫茲波整流、太赫茲波通信等領(lǐng)域有十分重要的應(yīng)用前景。