制備氧化石墨復合材料

光學材料的某些非線性性質是實現(xiàn)高性能集成光子器件的關鍵。光子芯片的許多重要功能，如全光開關，信號再生，超快通信都離不開它。找尋一種具有超高三階非線性，并且易于加工各種功能性微納結構的材料是眾多的光學科研工作者的夢想，也是成功研制超高性能全光芯片的必由之路。超快泵浦探針光譜表明，重度功能化的具有較大SP3區(qū)域的GO材料在高激發(fā)強度下可以出現(xiàn)飽和吸收、雙光子吸收和多光子吸收[6][50][51][52]，這種效應歸因于在SP3結構域的光子中存在較大的帶隙。相反，在具有較小帶隙的SP2域中的*出現(xiàn)單光子吸收。石墨烯在飛秒脈沖激發(fā)下具有飽和吸收[52]，而氧化石墨烯在低能量下為飽和吸收，高能量下則具有反飽和吸收[51]。因此，通過控制GO氧化/還原的程度，實現(xiàn)SP2域到SP3域的比例調控，可以調整GO的非線性光學性質，這對于高次諧波的產(chǎn)生與應用是非常重要的。氧化石墨片層的厚度約為1.1 ± 0.2 nm。制備氧化石墨復合材料

RGO制備簡單、自身具有受還原程度調控的帶隙，可以實現(xiàn)超寬譜（從可見至太赫茲波段）探測。氧化石墨烯的還原程度對探測性能有***影響，隨著氧化石墨烯還原程度的提高，探測器的響應率可以提高若干倍以上。因此，在CVD石墨烯方案的基礎上，研究者開始嘗試使用還原氧化石墨烯制備類似結構的光電探測器。對于RGO-Si器件，帶間光子躍遷以及界面處的表面電荷積累，是影響光響應的重要因素[72]。2014年，Cao等[73]將氧化石墨烯分散液滴涂在硅線陣列上，而后通過熱處理對氧化石墨烯進行熱還原，制得了硅納米線陣列(SiNW)-RGO異質結的室溫超寬譜光探測器。該探測器在室溫下，***實現(xiàn)了從可見光(532nm)到太赫茲波(2.52THz，118.8mm)的超寬譜光探測。在所有波段中，探測器對10.6mm的長波紅外具有比較高的光響應率可達9mA/W。多層氧化石墨材料氧化石墨中存在大量親水基團(如羧基與羥基)，在水溶液中容易分散。

與石墨烯量子點類似，氧化石墨烯量子點也具備一些特殊的性質。當GO片徑達到若干納米量級的時候將會出現(xiàn)明顯的限域效應，其光學性質會隨著片徑尺寸大小發(fā)生變化[48]，當超過某上限后氧化石墨烯量子點的性質相當接近氧化石墨烯，這就提供了一種通過控制片徑尺寸分布改變氧化石墨烯量子點光響應的手段。與GO類似，這種pH依賴來源于自由型zigzag邊緣的質子化或者去質子化。同樣，這也可以解釋以GO為前驅體通過超聲-水熱法得到的石墨烯量子點的光發(fā)射性能，在藍光區(qū)域其光發(fā)射性能取決于zigzag邊緣狀態(tài)，而綠色的熒光發(fā)射則來自于能級陷阱的無序狀態(tài)。通過控制氧化石墨烯量子點的氧化程度，可以控制其發(fā)光的波長。這一類量子點的光學性質類似于GO，這說明只要片徑小于量子點，都會產(chǎn)生同樣的光學效應，也就是在結構上存在一個限域島狀SP2雜化的碳或者含氧基團在功能化過程中引入的缺陷狀態(tài)。

由于較低的毒性和良好的生物相容性，石墨烯材料在細胞成像方面**了一股研究熱潮。石墨烯及其衍生物本身具有特殊的平面結構和光學性質，或者經(jīng)過熒光染料分子標記之后，可用于體外細胞與***光學成像[63-66]，使其在**顯像和***方面具有很大的應用前景。Dai課題組[67]***利用納米尺寸的聚乙二醇功能化氧化石墨烯(GO-PEG)的近紅外發(fā)光性質用于細胞成像。他們將抗體利妥昔單抗（anti-CD20）與納米GO-PEG共價結合形成納米GO-PEG-anti-CD20，然后將納米GO-PEG和納米GO-PEG-anti-CD20與B細胞或T細胞在培養(yǎng)液中4℃培養(yǎng)1h，培養(yǎng)液中納米GO-PEG的濃度大約為0.7mg/ml，結果發(fā)現(xiàn)B細胞淋巴瘤具有強熒光，而T淋巴母細胞的熒光強度則很弱。另外，通過對GO進行80℃熱處理17天后，再利用200W的超聲對GO溶液處理2h，得到的GO在紫外光(266–340nm)的照射下顯示出藍色熒光。GO的摻量對于水泥復合材料的提升效果也有差異。

在GO還原成RGO的過程中，材料的導電性、禁帶特性和折射率都會發(fā)生連續(xù)變化，形成獨特而優(yōu)異的可調諧型新材料。2014年，澳大利亞微光子學中心賈寶華教授領導的科研小組***發(fā)現(xiàn)在用激光直寫氧化石墨烯薄膜形成微納米結構的過程中，材料的非線性可以實現(xiàn)激光功率可控的動態(tài)調諧。與傳統(tǒng)的非線性材料相比，氧化石墨烯的三階非線性高出了整整1000倍，隨著氧化石墨烯中的氧成分逐漸減少，而非線性也呈現(xiàn)出被動態(tài)調諧的豐富變化。不但材料的非線性系數(shù)的大小產(chǎn)生改變，其非線性吸收和折射率也發(fā)生變化，并且，這種豐富的非線性特性完全可以實現(xiàn)動態(tài)操控。GO制備簡單、自身具有受還原程度調控的帶隙，可以實現(xiàn)超寬譜（從可見至太赫茲波段）探測。深圳改性氧化石墨

掃描隧道顯微鏡照片表明，在氧化石墨中氧原子排列為矩形。制備氧化石墨復合材料

氧化石墨烯/還原氧化石墨烯在光電傳感領域的應用，其基本依據(jù)是本章前面部分所涉及到的各種光學性質。氧化石墨烯因含氧官能團的存在具備了豐富的光學特性，在還原為還原氧化石墨烯的過程中，不同的還原程度又具備了不同的性質，從結構方面而言，是其SP2碳域與SP3碳域相互分割、相互影響、相互轉化帶來了如此豐富的特性。也正是這些官能團的存在，使得氧化石墨烯可以方便的采用各種基于溶液的方法適應多種場合的需要，克服了CVD和機械剝離石墨烯在轉移和大面積應用時存在的缺點，也正是這些官能團的存在，使其便于實現(xiàn)功能化修飾，為其在不同場景的應用提供了一個廣闊的平臺。制備氧化石墨復合材料