自2010年諾貝爾物理學(xué)獎因石墨烯的研究而獲獎以來，二維材料(具有原子厚度的納米片)一直是科學(xué)界的熱門話題。這種巨大的興趣歸因于其出色的性能，這些性能對于廣泛的應(yīng)用具有巨大的潛力。例如，二維材料與光纖結(jié)合可以在傳感器，非線性光學(xué)和量子技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新穎的應(yīng)用。

但是，到目前為止，將這兩個組件組合起來非常費(fèi)力。通常，原子薄層必須在手動轉(zhuǎn)移到光纖上之前分別生產(chǎn)?，F(xiàn)在，Jena研究人員與澳大利亞同事一起首次成功地在光纖上直接生長二維材料。這種方法極大地促進(jìn)了這種混合動力車的制造。這項(xiàng)研究的結(jié)果最近在著名的材料科學(xué) 雜志《先進(jìn)材料》上發(fā)表。

通過技術(shù)相關(guān)的程序進(jìn)行增長

“我們集成了過渡金屬二鹵化物-一種具有優(yōu)異的光學(xué)和光子特性的2-D材料，例如，它與光強(qiáng)烈相互作用“注入到專門開發(fā)的玻璃纖維中，”耶拿大學(xué)的Falk Eilenberger博士和德國弗勞恩霍夫應(yīng)用光學(xué)與精密工程學(xué)院(IOF)解釋說。“與過去不同，我們沒有采用半納米厚度納米光子學(xué)領(lǐng)域的專家艾倫伯格(Eilenberger)說：“手動將薄片鋪在纖維上，而是直接在纖維上生長。這種改進(jìn)意味著二維材料可以更輕松地大規(guī)模集成到纖維中。我們還能夠證明，玻璃纖維中的光與涂層之間存在強(qiáng)烈的相互作用。”這樣創(chuàng)建的智能納米材料在實(shí)際應(yīng)用中邁出的一步不再遙不可及。

耶拿大學(xué)物理化學(xué)研究所開發(fā)了一種成長過程，克服了先前的障礙，取得了成功。耶拿2D材料專家Andrey Turchanin教授在解釋基于化學(xué)氣相沉積(CVD)的方法時說：“通過分析和控制生長參數(shù)，我們確定了2D材料可以直接在纖維中生長的條件。” )技術(shù)。其中，對于2D材料生長而言，超過700攝氏度的溫度是必需的。

混合材料平臺

盡管溫度很高，但光纖仍可用于直接的CVD生長：“作為襯底的純石英玻璃可以很好地承受高溫。它的耐熱溫度高達(dá)2,000攝氏度，” Markus教授說。萊布尼茲光子技術(shù)學(xué)院的A. Schmidt開發(fā)了光纖。施密特補(bǔ)充說：“它們的小直徑和柔韌性可實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用。”施密特還曾在耶拿大學(xué)(University of Jena)擔(dān)任光纖教授。

因此，二維材料和玻璃纖維的結(jié)合創(chuàng)造了一個智能的材料平臺，結(jié)合了兩個方面的優(yōu)勢。“由于使用2-D材料對玻璃纖維進(jìn)行了功能化，現(xiàn)在光與材料之間的相互作用長度已經(jīng)大大增加了，”正在共同開發(fā)新型2-D材料制造方法的安東尼喬治博士說。與Turchanin。

傳感器和非線性光轉(zhuǎn)換器

該團(tuán)隊設(shè)想了新開發(fā)的材料系統(tǒng)在兩個特定領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。首先，材料組合對于傳感器技術(shù)非常有前途。例如，它可用于檢測低濃度的氣體。為此，通過光纖發(fā)出的綠光從環(huán)境中獲取了使用2-D材料功能化的光纖區(qū)域中的信息。當(dāng)外部影響改變二維材料的熒光特性時，光會改變顏色并以紅色光的形式返回到測量設(shè)備。由于纖維非常細(xì)，因此基于該技術(shù)的傳感器也可能適用于生物技術(shù)或醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。

其次，這種系統(tǒng)也可以用作非線性光轉(zhuǎn)換器。由于其非線性特性，混合光纖可用于將單色激光轉(zhuǎn)換為白光，以用于生物學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域的光譜學(xué)應(yīng)用。耶拿大學(xué)的研究人員還設(shè)想了在量子電子學(xué)和量子通信領(lǐng)域的應(yīng)用。