石墨烯/纳米铜复合材料的制备及红外性能研究

采用原位还原法制备了还原石墨烯/纳米铜复合材料,对其进行表征分析.测量该材料的中远红外波段的复折射率,计算其吸收系数和大气窗口内的法向光谱发射率并进行实验验证,进而分析其在中远红外波段的吸收和辐射性能.结果表明,纳米铜吸附在还原石墨烯表面,粒径集中在15~25nm;不同尺寸的纳米铜、还原石墨烯及其表面缺陷和官能团等的吸收特性,使该复合材料在8~9.2μm、6~6.5μm、2~3μm波段内的吸收较强,且在远红外波段吸收最强;其在3~5μm的法向发射率在0.65~0.68范围内,法向发射率在8~9.5μm内有最小值0.53,而后稳定在0.58左右,其总法向发射率分别为0.66和0.59,且与测量值相符.该复合材料可用于红外吸收、消光材料和隐身涂料等方面.     

现代服用抗紫外棉织物的制备及光谱分析

服装功能化是现代服装领域的研究热点,而功能纺织品的设计与开发是其中的重要环节之一。紫外线光线较强,会造成皮肤晒伤甚至癌变,尤其是白化病患者等特殊人群更需要紫外防护,开发抗紫外功能纺织品具有重要的实际意义。氧化石墨烯具有优异的各项性能而被广泛应用,在纺织领域中可以用于导电、抗菌、抗紫外等功能性纺织服装的开发。通过吸附和沉积的方法,将氧化石墨烯附着在棉织物纤维上,并采用环保型还原剂L-抗坏血酸对其还原处理,得到不同还原度的还原氧化石墨烯抗紫外功能棉织物。通过不同浓度的还原剂对还原度进行调控,并采用反射率曲线、拉曼光谱和XPS等多种光谱分析,实现对还原氧化石墨烯棉织物还原度的表征。结果表明,棉织物表面氧化石墨烯经还原剂还原后,随着还原剂浓度提高,还原氧化石墨烯棉织物反射率下降;拉曼光谱中的D峰和G峰强度发生明显变化,随着还原剂浓度增加,I_D/I_G值逐渐增加,还原度提高; XPS光谱表明氧化石墨烯棉织物还原前后碳、氧元素含量发生变化,碳元素含量增加,氧元素含量下降,碳氧比值由2.26提高至2.90,说明含氧官能团含量的下降。最后,测试了不同还原度的还原氧化石墨烯棉织物的抗紫外性能,当L-抗坏血酸还原剂浓度为7和10 mg·mL~(-1)时,还原得到的还原氧化石墨烯棉织物的UPF值在100～120之间,紫外光透过率在2%以下,较空白棉织物抗紫外性能得到明显提升。研究制备的还原氧化石墨烯棉织物可以应用于棉纺织品服装的设计与开发,满足服装抗紫外功能的需求,具有较大的市场潜力和应用前景。     

基于磁激元效应的石墨烯-金属纳米结构近红外吸收研究

石墨烯作为一种单层碳原子二维材料,在可见光和近红外波段吸收率只有2.3%左右,这限制了石墨烯在光电探测、光电调制等领域的应用.本文基于纳米超材料结构的磁激元共振效应,设计了一种金属-绝缘层-金属-石墨烯混合二维浅光栅结构,通过设计混合二维浅光栅结构尺寸来改变石墨烯化学势,实现了石墨烯在近红外波段的吸收增强和调制.利用有限元仿真和等效电路模型,系统地分析了非正入射、结构参数和石墨烯化学势对吸收特性的影响.研究结果表明,混合二维浅光栅结构的磁激元共振效应可以明显提升石墨烯在近红外波段的吸收率,并且对入射角度和极化方向不敏感.在特定结构参数下,混合二维浅光栅结构在1480nm处吸收率达到了85%,其中石墨烯的吸收率为55%,提升了24倍;通过调控石墨烯化学势从0.1eV增大到1.0eV,分别实现了不同结构尺寸下54.8%,50.3%,46.8%的反射率调制深度.     

唐卡主色矿物颜料光谱分析

唐卡作为一件艺术品,具有较高的历史价值和艺术价值。对唐卡的矿物颜料进行鉴别分析,对唐卡的鉴定、修复、数字化存档、再现等具有非常重要的意义。该研究对唐卡主色矿物颜料进行体系性的光谱分析,选用唐卡绘制过程中5种主色常用的矿物颜料,深入分析矿物颜料的可见光、近红外、短波红外光谱特征产生机理,总结了不同色系矿物颜料可见光、近红外、短波红外谱段光谱特征。通过分析同一矿物颜料粉末、调和骨胶颜料以及颜料上布色卡光谱特征,发现粉状颜料调和骨胶后,反射率整体下降,在1 447和1 928 nm附近出现两个水的强吸收特征。而当骨胶溶物涂绘上布后,随着膏状颜料中水分的减少,上述两个吸收特征均变弱,个别颜料在1 447 nm处的吸收特征甚至消失。因此,矿物颜料粉末和颜料上布色卡光谱极为接近,可以在后期的唐卡颜料分析中直接利用唐卡矿物颜料粉末光谱进行匹配分析。唐卡红色矿物颜料为朱砂,矿物成分主要为HgS,其光谱在可见光波段先降后升,500 nm附近形成一个较深的吸收特征,且吸收峰较宽（430～530 nm）,红光谱段附近反射率急速升高,近红外波段反射率变化较为平直,在1 940和2 250 nm附近有弱吸收特征。唐卡黄色矿物颜料主要有三种：土黄（雄黄、雌黄）,赭石及金箔,主要成分分别为硫化砷、氧化铁及金。其特征光谱在可见光谱段集中在400～500 nm之间,不同颜料的吸收特征位置和吸收深度均不同。赭石在近红外波段的反射率整体较低,且860 nm附近还出现了吸收特征;而雄黄、雌黄和土黄则在近红外和短波红外谱段表现出反射率较高且波形平直,在1 890和2 230 nm附近有弱吸收特征;金箔在可见光波段的吸收特征窄浅,可作为区分的依据。唐卡蓝色矿物颜料为石青,主要矿物成分为蓝铜矿,其光谱在500～1 000,1 500,2 040,2 285和2 350 nm附近均有较强吸收特征,而在1 885和1 980 nm处有弱吸收特征。唐卡绿色矿物颜料为石绿,主要矿物成分为孔雀石,其光谱在550～1 000 nm有较强的宽吸收特征,在2 270和2 350 nm有明显吸收特征。尽管石青和石绿主要矿物成分皆为碳酸铜,但石绿在900～1 900 nm红-近红外谱段反射率增加较缓,1 500 nm无吸收特征,可以作为区分石青和石绿的依据。唐卡白色矿物颜料为砗磲和白土,主要矿物成分分别为碳酸钙和高岭土。在可见光谱段范围,砗磲在370 nm有弱吸收特征,而白土则在370和730 nm处有两个明显的吸收特征,可作为区分。在短波红外和近红外谱段,白土在1 425,1 930和2 230 nm均具有明显吸收特征,砗磲则在1 930和2 320 nm有明显吸收特征,1 440 nm处吸收特征较弱。且同种矿物颜料粉末,矿物粉末颗粒越大,颜料颜色越深,其光谱特征反射率越低。     

PrB_6电子结构及光学性能的第一性原理研究

本文采用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法,系统研究了稀土PrB_6的电子结构、自旋极化态密度和光学性质,并在此基础上预测了PrB_6薄膜的太阳辐射屏蔽性能.研究发现:PrB_6属于金属导体材料,其费米面附近的能带主要由B的2p和Pr的4f层的电子态构成;PrB_6对近红外辐射具有较高的反射率和较强的吸收;PrB_6薄膜的理论透过率曲线在可见光区呈"吊铃"型分布,其不仅具有较好的可见光透过率而且对紫外和近红外辐射具有较强的屏蔽性能.此研究结果将为PrB_6光电材料的设计和应用提供理论依据.     

PrB6电子结构及光学性能的第一性原理研究

本文采用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法,系统研究了稀土PrB6的电子结构、自旋极化态密度和光学性质,并在此基础上预测了PrB6薄膜的太阳辐射屏蔽性能。研究发现：PrB6属于金属导体材料,其费米面附近的能带主要由B的2p和Pr的4f层的电子态构成;PrB6对近红外辐射具有较高的反射率和较强的吸收;PrB6薄膜的理论透过率曲线在可见光区呈“吊铃”型分布,其不仅具有较好的可见光透过率而且对紫外和近红外辐射具有较强的屏蔽性能。此研究结果将为PrB6光电材料的设计和应用提供理论依据。     

PrB6电子结构及光学性能的第一性原理研究

本文采用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法,系统研究了稀土PrB6的电子结构、自旋极化态密度和光学性质,并在此基础上预测了PrB6薄膜的太阳辐射屏蔽性能。研究发现：PrB6属于金属导体材料,其费米面附近的能带主要由B的2p和Pr的4f层的电子态构成;PrB6对近红外辐射具有较高的反射率和较强的吸收;PrB6薄膜的理论透过率曲线在可见光区呈“吊铃”型分布,其不仅具有较好的可见光透过率而且对紫外和近红外辐射具有较强的屏蔽性能。此研究结果将为PrB6光电材料的设计和应用提供理论依据。     

在半导体-金属相变温度附近氧化钒薄膜光学性质的异常变动

在可见光—近红外波段的不同波长下,测量了半导体-金属相变过程中氧化钒薄膜样品的反射率和透射率.在薄膜相变过程中,不同波段的反射率曲线和透射率曲线表现出不同的变化趋势.利用非相干光在薄膜中的多级反射-透射模型,计算了相变过程中不同波长下氧化钒薄膜的折射率n和消光系数k随温度的变化.结果表明,在相变温度附近氧化钒薄膜光学性质的异常变动,其原因既有薄膜的折射率和消光系数随波长的变化趋势不同,也有在吸收性薄膜中存在探测光多次反射和透射的累加效应.     

基于金属-介质纳米结构磁激元效应的石墨烯增强吸收研究

石墨烯作为一种单层碳原子厚度的二维材料,其在可见光和近红外波段的吸收率只有2.3%。这大大限制了其在太阳能电池、光电探测等领域的应用。本文提出一种金属-介质组成的周期纳米结构,利用纳米结构中激发的磁激元共振(Magentic Polaritons,"MP")效应,实现了石墨烯在近红外波段的吸收增强。利用有限元法的理论仿真,系统研究了纳米结构参数对石墨烯吸收特性的影响。结果表明,在特定结构参数下,能使石墨烯的吸收率增大16倍左右。利用Inductor-Capacitor(LC)电路模型成功解释了石墨烯的吸收增强的物理机制,预测了复合系统的磁激元共振峰波长,发现石墨烯的存在不影响磁激元共振峰的位置。文中提出的纳米结构在加工上易于实现,研究结果将在基于石墨烯的新型光电子器件的设计和实现方面有潜在应用价值。     

聚苯胺与还原石墨烯复合材料的微波吸收性能

采用化学氧化法制备聚苯胺与还原石墨烯复合材料。复合材料的结构、晶型和电磁参数分别通过X射线衍射仪及HP8722ES型矢量网络分析仪进行表征、测试与分析。结果表明,同聚苯胺相比,聚苯胺与还原石墨烯复合材料的介电损耗明显增加。而且在复合材料中,石墨烯的含量越大,材料的微波吸收性能越好,在频率波段（9.5~13.4GHz）反射损耗均小于-10 dB,并在频率为11.2 GHz时达到最大反射损耗-29.69 dB。聚苯胺与还原石墨烯的复合使得材料的载流子迁移率变大,吸波特性得到改善。     

Structure and optical properties of chemically synthesized titanium oxide deposited by evaporation technique

Titanium oxide inorganic ion exchange material was synthesized by hydrolysis with water and ammonia solution. Structural feature of the synthesized titanium oxide was analyzed using X-ray diffraction, X-ray fluorescence and infrared spectrometer technique. Tentative formula of titanium oxide was determined and written as TiO₂·0.58H₂O. Titanium oxide films were deposited on glass substrates by means of an electron beam evaporation technique at room temperature from bulk sample. The films were annealed at 250, 350, 450, and 550 °C temperatures. Transmittance, reflectance, optical energy gap, refractive index and extinction coefficient were investigated. The transmittance values of 85% in the visible region and 88% in the near infrared region have been obtained for titanium oxide film annealed at 550 °C. Kubelka-Munk function was used to evaluate the absorption coefficient which was used to determine the optical band gap. It was found that the optical band gap increases with increasing annealing temperature whereas the refractive index and extinction coefficient decreases.     

Demonstration of tunable complex refractive index of graphene covered one dimensional photonic crystals

Here, we report tunable complex optical properties of one dimensional photonic crystal covered by graphene layer, as a new optical material, in the visible spectral range. For this purpose, we fabricate two different structure as one dimensional photonic crystal, with photonic band gap which centered at 650 nm, by electron gun deposition method and the chemical vapor deposition has been used to synthesize graphene top layer. To demonstrate the optical properties of our two photonic crystals affected by graphene layer, we use the reflectance spectra of the samples as a function of incidence angle. Because the sufficient sensitivity of the refractive indices of the samples, we extract the real and imaginary part of these parameters in all of visible region as a tunable complex refractive index. Our results show that we have sufficient change due to excited plasmons in graphene layer by Bloch wave of photonic crystal which is very useful for sensor applications.     

内混合强吸收气溶胶粒子光散射的等效性

 以黑碳和水两种成分组成的内混合单分散气溶胶粒子为例,根据其各消光效率因子、吸收效率因子和散射相函数,分析了用等效折射率来描述含有不同成分的内混合气溶胶系统的适用性。结果表明：在瑞利散射区和几何光学区内,内核（碳粒）体积比为0.01,0.1,0.5,0.9时,消光效率在大多数尺度参数下等效性都很好,但在米散射区内相对较差;当体积比大于0.3时,其吸收效率、消光效率等效性较好;除瑞利散射区外,散射相函数在各体积比下的等效性都很差。当考虑内混合气溶胶粒子系统的散射和吸收特性时,一般不难找到等效折射率,但在光散射技术中,应用相函数反演等效折射率的可靠性还有待商榷。     

傅里叶变换红外光谱对水溶性气溶胶复折射率的测量分析方法研究

当前大气气溶胶的成分比较复杂,其水溶性离子成分影响着大气质量,并且对人类健康不利。因此,对水溶性离子成分进行快速可靠的检测是环境科学领域中的一项重要研究工作。以SO24-为例,研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术,对水溶性气溶胶离子的消光系数进行测量,并通过理论分析计算得到其复折射率N的过程。通过测量大气气溶胶水溶性SO24-离子的质量消光截面k和消光系数α,再根据消光系数α来计算复折射率N的虚部ni,使用KK(Kramers-Kronig)关系,来计算复折射率N的实部nr,并对实验结果进行了分析和讨论。     

Optical characterization of poly (ethylene oxide)/zinc oxide thin films

The optical characterization of poly (ethylene oxide)/zinc oxide thin films has been done by analyzing the absorption spectra in the spectral wavelength region 380–800 nm using a ultraviolet-spectrophotometer at room temperature. Thin film polymer composites made of poly (ethylene oxide) (PEO) containing zinc oxide (ZnO) filler concentrations (0%, 2%, 6%, 10%, and 14%) by weight were used in this study. The optical results obtained were analyzed in terms of the absorption formula for non-crystalline materials. The optical energy gap and other basic optical constants such as dielectric constants and optical conductivity were investigated and showed a clear dependence on the ZnO filler concentration. It was found that the optical energy gap for the composite films is less than that for the neat PEO, and that it decreases as the ZnO concentration increases. Enhancement of the optical conductivity was observed with increase in the ZnO concentration. Dispersion of refractive index was analyzed using the Wemple–DiDomenico single oscillator model. The refractive index (n), extinction coefficient (k), and dispersion parameters (E_o, E_d) were calculated for the investigated films.     

Li-impurity effect in optical spectra of KTaO<Subscript>3</Subscript>:Er<Superscript>3+</Superscript> crystals

The optical properties of one-dimensional photonic crystals based on porous anodic aluminum oxide films have been studied by measuring transmittance and specular reflectance spectra in the visible and UV spectral regions. Angular dependences of the spectral positions of optical stop bands are obtained. It is shown that the reflectance within the first stop band varies from point to point on the sample surface, reaching a level of 98–99% at some points. The dispersion relation for electromagnetic waves in the model of infinite periodic structure is calculated for the samples under study. The possibility of using models with an infinite or finite number of layers to calculate reflectance spectra near the first optical stop band is discussed.     

Z-scan measurement of the nonlinear refractive index of graphene

Under strong laser illumination, few-layer graphene exhibits both a transmittance increase due to saturable absorption and a nonlinear phase shift. Here, we unambiguously distinguish these two nonlinear optical effects and identify both real and imaginary parts of the complex nonlinear refractive index of graphene. We show that graphene possesses a giant nonlinear refractive index n(2)?10(-7) cm(2) W(-1), almost 9 orders of magnitude larger than bulk dielectrics. We find that the nonlinear refractive index decreases with increasing excitation flux but slower than the absorption. This suggests that graphene may be a very promising nonlinear medium, paving the way for graphene-based nonlinear photonics.     

锗在吸收边附近的压力—折射率系数

目前半导体锗在吸收边附近(1550 nm)的压力-折射率系数在实验和理论上并未研究清楚.本文通过测量在不同压力下镀在光纤端面的高结晶度锗薄膜的反射率,来计算得到锗在吸收边附近的压力-折射率系数.本文的实验结果显示,锗在吸收边附近出现反常色散现象,即折射率随能量变化呈正相关,并且其压力-折射率系数出现反常,为正值,这是由于多晶结构中的激子吸收所引起.通过引入描述激子色散的临界点模型,得到锗在吸收边附近的反常色散范围和压力-折射率系数呈正值的范围.本文的结果将有助于基于锗薄膜的通信C波段光学器件的研究.     

可见光紫端748 THz处的高透过率负折射率材料模拟研究

提出一种以四边缺口的三层纳米方片为基本离散单元的左手材料,对单元的S参数进行仿真计算,并对反演得到的复折射率n、复介电常数ε、复磁导率μ等特性参数进行分析.结果表明,这种结构的负折射率频域分布在可见光的蓝光至近紫外区域,负折射率峰值位于可见光紫端边缘748THz处,且此时材料的品质因数(FOM)为15.4,材料损耗极小,透过率极高,有利于实际应用.