國防科技大學江天老師等人報道製備了在多孔聚乙烯膜上的柔性多層石墨烯基的紅外設備.紅外發射率可以通過離子液體(ti) 插層法調節.研
究人員通過注射非揮發性離子液體(ti) 準備多層石墨烯層,然後在多層石墨烯的邊緣塗覆導電銀漿作為(wei) 接觸電極以此製備出多層石墨烯基的
紅外器件.研究人員對該器件進行了性能檢測,檢測中發現經過離子液體(ti) 插層,表麵石墨烯的紅外發射率可以從(cong) 0.57調到0.41；與(yu) 此同時,表
麵石墨烯的相對反射率Rv/R0從(cong) 1.0增加到1.15.此外,研究人員還通過拉曼光譜測試和電流源表測試證實了離子液體(ti) 成功嵌入到石墨烯層
中.
最近發現,可以通過設計表麵結構,控製載流子密度或通過外部刺激進行相變來原位調節紅外發射率.適當的電子結構調節是調節紅外發射
有效的方法.然而這些材料通常生長在硬質基底上,調節範圍非常有限,因此一種可調紅外發射率的柔性材料備受矚目.本文介紹了國防科大
江天老師課題組柔性石墨烯基的紅外器件研究工作,如有需要也可直接參考原文。
01 製備過程
如圖是該器件的製備過程示意圖.石墨烯生長基底鎳在飽和氯化鐵水溶液中被蝕刻掉,從(cong) 而在溶液表麵形成獨立的多層石墨烯膜（如圖一
b所示）.將多層石墨烯膜轉移到去離子水中以去除殘留的FeCl3,如圖一c所示.將多層石墨烯轉移到多孔聚乙烯膜上（聚乙烯膜紅外透明
且柔軟）為(wei) 了除去殘留的水,將多孔聚乙烯膜上的多層石墨烯在50℃的烤箱中烘烤（如圖一d所示）.在多層石墨烯膜的邊緣上塗導電銀
漿作為(wei) 接觸電極,將兩(liang) 個(ge) 石墨烯塗層的多孔聚乙烯膜連接在一起,多層石墨烯麵向外部製備出石墨烯可調紅外器件（如圖一e所示）.最後
在兩(liang) 個(ge) 多孔聚乙烯膜之間注入了約50µL的非揮發性離子液體(ti) ,圖一a是模型圖。
02 熱成像測試
熱成像測試時,將多層石墨烯器件放在拋光的銅板上（發射率約為(wei) 0.1）,然後把器件和銅板放在加熱板上（如圖二a所示）.使用熱電偶來
測量表麵多層石墨烯的溫度,調節熱板的溫度,以保持表麵多層石墨烯的溫度為(wei) 35℃.使用Tix500熱像儀(yi) 以恒定的發射率1記錄多層器件在
不同插入偏壓下的熱像圖（如圖二b所示）.偏壓範圍由離子液體(ti) 的電化學窗口決(jue) 定。
圖二b顯示了器件的紅外溫度從(cong) 0 V時的30.5°C降低到4V時的28.1°C,可以通過ε=ε1（T1 / T）^4來確定表麵的發射率ε,其中ε1是用於(yu) 熱
成像的發射率,T1是紅外溫度,T是通過熱電偶測得的實際溫度,因此這意味著通過離子液體(ti) 嵌入抑降低器件的發射率.根據熱成像可以確定
不同插層偏壓下的發射率,圖二c總結了不同偏壓下的發射率。
03 原位反射率測試
由於(yu) 離子液體(ti) 的插入,石墨烯的費米能級轉移到了更高的能級.費米能級以下的電子躍遷由於(yu) 泡利阻塞效應而受到抑製（圖三a）,導致
發射率/吸收率降低.由於(yu) 拋光銅板的紅外反射率很高（〜100％）,而聚乙烯多孔膜是紅外透明的,因此多層石墨烯器件在拋光銅板上的透
射率為(wei) 0.因此,可以將表麵多層石墨烯的發射率寫(xie) 為(wei) ε＝α＝ 1-R,其中ε,α和R是拋光銅板上的表麵多層石墨烯的發射率,吸收率和反射率.圖
三d顯示了拋光銅板上多層石墨烯器件的原位反射率（RV / R0）.反射率測量表明,高於(yu) 3 V時,反射率明顯增加.這意味著高於(yu) 3 V的吸收/
發射率降低與(yu) 圖2c一致.此外,我們(men) 發現在500 nm以下的反射率幾乎沒有變化.這表明離子液體(ti) 嵌入對於(yu) 調節長波長範圍內(nei) 的光學效應更有效。
另外,將多層石墨烯裝置放在氙燈上（圖三c）,產(chan) 生了圓形的白光照明.隨著兩(liang) 個(ge) 多層石墨烯層之間的電壓偏置從(cong) 0 V增加到4 V,照明光
變得可見.換句話說,由於(yu) 通過離子液體(ti) 嵌入使費米能級增加,多層石墨烯的透射率（吸收率）增加（降低）.但是,石墨烯設備上的照明是
紅色而不是白色,這表明光調製對於(yu) 長波長（例如紅外範圍）更有效,與(yu) 反射率測量結果一致（圖三d）。
04 拉曼光譜測試
紅外發射率的改變顯然是由於(yu) 離子液體(ti) 插入石墨烯層中.為(wei) 了進一步表征表麵多層石墨烯的插層過程,進行了原位拉曼測試（圖四a）.圖
四b展示了在不同偏壓下表麵石墨烯的拉曼光譜.對於(yu) 原始的多層石墨烯,存在三種拉曼模式：D（1321 cm-1）,G（1580 cm-1）和
2D（2688cm-1）模式.D峰表明石墨烯中的缺陷,這可能是由基底蝕刻和轉移過程引起的.對於(yu) 低於(yu) 2V的插層偏壓,拉曼光譜與(yu) 原始樣品
相似.但是,當施加的電壓高於(yu) 3V時,G峰和D峰的強度顯著增加,並且隨著偏壓增加至3 V,G峰從(cong) 1580cm-1變為(wei) 1603 cm-1.G峰強度的增
加表明了離子插層的摻雜效果.同時G峰藍移23cm-1意味著插層成功.D峰強度的增加表明在插層過程中石墨烯層中缺陷的增加.對於(yu) 高於(yu)
4 V的偏壓,隨著2D峰的減小,會(hui) 出現強熒光背景,這進一步證明了插層的強摻雜效應.當去掉施加電壓,表麵石墨烯顯示出與(yu) 原始樣品相似
的拉曼光譜（圖四c）,也就是說插層過程是可逆的.
05 方塊電阻測試
多層石墨烯在插層偏壓下的方塊電阻也通過四點電阻率法進行測量（圖五a）.石墨烯層之間得弱範德華力使離子液體(ti) 的陰離子/陽離子
在電壓偏置下插入層中.結果,石墨烯上的電荷密度顯著增加,並且多層石墨烯的薄層電阻從(cong) 低於(yu) 2 V的11Ω/□急劇下降至高於(yu) 3.5V的4Ω/
□（圖5b）,這與(yu) 拉曼測試結果一致.在2 V以下的電壓下,離子積聚在石墨烯-離子液體(ti) 界麵,而2 V以上的離子則插入到表麵石墨烯層上.但
是,發射率也可以在2 V以下進行調製（圖二c）,這歸因於(yu) 在表麵石墨烯樣品處積累的離子的靜電摻雜效應,從(cong) 而導致較小的紅外發射率變
化. 此外插層過程是可逆的,脫嵌的石墨烯樣品的I-V曲線與(yu) 原始石墨烯樣品的I-V曲線相似（圖五c）。
值得一提的是Nanobase拉曼光譜與(yu) Keithley 2400電流源表聯用,通過在石墨烯器件兩(liang) 端加偏壓,測出不同環境下石墨烯拉曼光譜的變
化,並得出樣品的I-V曲線.該拉曼光譜儀(yi) 振鏡掃描,平台不動,便於(yu) 實現本實驗對材料施加不同偏壓的原位測試環境.並且光電流功能與(yu) 拉曼
功能共用光譜儀(yi) 光路,便於(yu) 實現一機多用。
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