新型氧化石墨涂料

光学材料的某些非线性性质是实现高性能集成光子器件的关键。光子芯片的许多重要功能，如全光开关，信号再生，超快通信都离不开它。找寻一种具有超高三阶非线性，并且易于加工各种功能性微纳结构的材料是众多的光学科研工作者的梦想，也是成功研制超高性能全光芯片的必由之路。超快泵浦探针光谱表明，重度功能化的具有较大SP3区域的GO材料在高激发强度下可以出现饱和吸收、双光子吸收和多光子吸收[6][50][51][52]，这种效应归因于在SP3结构域的光子中存在较大的带隙。相反，在具有较小带隙的SP2域中的*出现单光子吸收。石墨烯在飞秒脉冲激发下具有饱和吸收[52]，而氧化石墨烯在低能量下为饱和吸收，高能量下则具有反饱和吸收[51]。因此，通过控制GO氧化/还原的程度，实现SP2域到SP3域的比例调控，可以调整GO的非线性光学性质，这对于高次谐波的产生与应用是非常重要的。氧化石墨的结构和性质取决于合成它的方法。新型氧化石墨涂料

氧化石墨烯（GO）表面有羟基、羧基、环氧基、羰基等亲水性的活性基团，且片层间距较大，使得氧化石墨烯具有超大比表面积和***的离子交换能力。GO的结构与水通蛋白相类似，而蛋白质本身具有优异的离子识别功能，由此可推断氧化石墨烯在分离、过滤及仿生离子传输等领域可能具有潜在的应用价值1-3。GO经过超声可以稳定地分散在水中，再通过传统成膜方法如旋涂、滴涂和真空抽滤等处理后，GO微片可呈现肉眼可见的层状薄膜堆叠，在薄膜的层与层之间形成具有选择性的二维纳米通道。 除此之外，GO由于片层间存在较强的氢键，力学性能优异，易脱离基底而**存在。基于GO薄膜制备方法简单、成本低、高通透性和高选择性等优点，其在水净化领域具有广阔的应用空间。浙江附近氧化石墨氧化石墨中存在大量亲水基团(如羧基与羟基)，在水溶液中容易分散。

利用化学交联和物理手段调控氧化石墨烯基膜片上的褶皱和片层间的距离是制备石墨烯基纳滤膜的主要手段。由于氧化石墨烯片层间隙距离小，Jin等24利用真空过滤法在石墨烯片层间加入单壁碳纳米管（SWCNT），氧化石墨烯片层间的距离明显增加，水通量可达到6600-7200L/（m2.h.MPa），大约是传统纳滤膜水通量的100倍，对于染料的截留率达到97.4%-98.7%。Joshi等25研究了真空抽滤GO分散液制备微米级厚度层状GO薄膜的渗透作用。通过一系列实验表明，GO膜在干燥状态下是真空压实的，但作为分子筛浸入水中后，能够阻挡所有水合半径大于0.45 nm的离子，半径小于0.45 nm的离子渗透速率比自由扩散高出数千倍，且这种行为是由纳米毛细管网络引起的。异常快速渗透归因于毛细管样高压作用于石墨烯毛细管内部的离子。GO薄膜的这一特性在膜分离领域具有非常重要的应用价值。

使得*在单层中排列的水蒸气可以渗透通过纳米通道。通过在GO纳米片之间夹入适当尺寸的间隔物来调节GO间距，可以制造广谱的GO膜，每个膜能够精确地分离特定尺寸范围内的目标离子和分子。水合作用力使得溶液中氧化石墨烯片层间隙的距离增大到1.3 nm，真正有效、可自由通过的孔道尺寸为0.9 nm，计算出水合半径小于0.45 nm的物质可以通过氧化石墨烯膜片，而水合半径大于0.45 nm的物质被截留，如图8.4所示。例如，脱盐要求GO的层间距小于0.7 nm，以从水中筛分水合Na +（水合半径为0.36nm）。 通过部分还原GO以减小水合官能团的尺寸或通过将堆叠的GO纳米片与小尺寸分子共价键合以克服水合力，可以获得这种小间距。与此相反，如果要扩大GO的层间距至1~2 nm，可在GO纳米片之间插入刚性较大的化学基团或聚合物链（例如聚电解质），从而使GO膜成为水净化、废水回收、制药和燃料分离等应用的理想选择。 如果使用更大尺寸的纳米颗粒或纳米纤维作为插层物，可以制备出间距超过2nm的GO膜，以用于生物医学应用（例如人工肾和透析），这些应用需要大面积预分离生物分子和小废物分子。氧化石墨烯（GO）的光学性质与石墨烯有着很大差别。

比较成熟的非线性材料有半导体可饱和吸收镜和碳纳米管可饱和吸收体。但是制作半导体可饱和吸收镜需要相对复杂和昂贵的超净制造系统，这类器件的典型恢复时间约为几个纳秒，且半导体可饱和吸收镜的光损伤阀值很低，常用的半导体饱和吸收镜吸收带宽较窄。碳纳米管是一种直接带隙材料，带隙大小由碳纳米管直径和属性决定。不同直径碳纳米管的混合可实现宽的非线性吸收带，覆盖常用的1.0～1.6 um激光増益发射波段。但是由于碳纳米管的管状形态会产生很大的散射损耗，提高了锁模阀值，限制了激光输出功率和效率，所以，研究人员一直在寻找一种具有高光损伤闽值、超快恢复时间、宽带宽和价格便宜等优点的饱和吸收材料。同时具有良好的生物相容性，超薄的GO纳米片很容易组装成纸片或直接在基材上进行加工。新型氧化石墨浆料

氧化石墨是由牛津大学的化学家本杰明·C·布罗迪在1859年用氯酸钾和浓硝酸混合溶液处理石墨的方法制得。新型氧化石墨涂料

石墨烯可与多种传统半导体材料形成异质结，如硅[64][65][66]，锗[67]，氧化锌[68]，硫化镉[69]、二硫化钼[70]等。其中，石墨烯/硅异质结器件是目前研究**为***、光电转换效率比较高（AM1.5）的一类光电器件。基于硅-石墨烯异质结光电探测器（SGPD），获得了极高的光伏响应[71]。相比于光电流响应，它不会因产生焦耳热而产生损耗。基于化学气象沉积法（CVD）生长的石墨烯光电探测器有很多其独特的优点。首先有极高的光伏响应，其次有极小的等效噪声功率可以探测极微弱的信号，常见的硅-石墨烯异质结光电探测器结构如图9.8所示。新型氧化石墨涂料