OEA | 硼量子点:超越石墨烯的热特性?【深圳大学张晗教授团队】
来源:光电期刊
2021/8/13 15:46:27

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研究背景

自2004年石墨烯被发现以来,二维材料的大门从此被打开,各种二维材料被相继报道(黑磷、过渡金属硫化物、拓扑绝缘体、MXene、单质稀等)。石墨烯因其优良的光、电、热等特性,仍被广泛关注和研究。

石墨烯具有非常好的热传导性能,例如,纯的、无缺陷的单层石墨烯导热系数高达5300 W/mK,是最具潜力的热材料。考虑到材料特性与其原子结构密切相关,那么是否存在新的材料,其热特性可以超越石墨烯呢?目前,有研究者利用非平衡态Greens函数与第一性原理方法,在理论实验上证明了硼烯的热导率可超越石墨烯,暗示硼烯在热学领域具有潜在价值(Superior lattice thermal conductance of single-layer borophene, npj 2D Materials and Applications, 2017, 1(1): 1-7)。

受限于硼烯的制备难度,基于硼烯的热特性并没有相关实验报道。因此,张晗教授团队将硼材料制备成量子点,结合热光开关间接性证明硼材料的热特性,并将其成功用于全光调制器和激光工程等领域。他们的实验证明硼材料在光热转化和热传导方面具有比石墨烯更优的热性能,相信不久的将来,硼烯的热特性将被进一步证明。


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研究亮点

深圳大学张晗教授团队通过液相剥离法制备了硼量子点材料,并使用高分辨透射电子显微镜和原子力显微镜进行了证明。硼量子点的光热转化特性和热稳定性采用热像仪进行记录和分析,其实验结果表明硼量子点具有优良的热稳定性和热循环(图1a)。基于热光效应的全光调制器响应时间与热产生和热扩散具有密切关系,该团队采用该方法间接性证明了硼材料的光热特性,并成功实现了全光相位和强度调制器。基于石墨烯的全光调制器上升时间和下降时间分别为9.1 ms和3.2 ms,在实验中,基于硼量子点的全光调制器上升时间和下降时间分别为1.1 ms和1.3 ms(图1b),证明了硼量子点在热特性方面优于石墨烯,具体的相关参数仍需要进一步研究。
该团队将其构建的全光调制器应用于调a激光器,实现了光控调Q激光器的运转。相比于声光调制器和电光调制器在激光领域的应用,该工作展现出了优良的单色性(0.04 nm)和可控的频率, 这在非线性频率转化和全光通信方面具有潜在应用价值。


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研究团队简介

团队负责人张晗教授毕业于南洋理工大学,2018年获得深圳市青年科技奖、中国产学研合作创新奖(个人)、教育部科技二等奖、连续三年全球高被引科学家等,引用次数>3,8000,H指数109。张晗教授研究团队主要从事二维材料非线性光学和光电子器件研究,已累计发表SCI论文200余篇,包括Advanced Materials 10篇(影响因子21.950)、Chemical Society Reviews 3篇(影响因子40.182)、PNAS 1篇(影响因子39.235)、Physic Reports 2篇等,封面论文30篇,两篇论文入选中国百篇最具影响国际学术论文,40篇论文引用过百次,ESI高被引论文40篇。该团队获得2015年重点项目、2016年入选深圳市海外高层次人才孔雀团队(1500万)、2017年面上项目、2018年面上项目,2019年国家基金委与比利时弗兰德研究基金会合作研究项目,2020年国家科技部重点研发计划项目等资助。