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碳纳米管是一种相对简单的材料,但它们具有一些令人难以置信的独特特性;例如,它们的光学特性对材料科学领域的工作人员来说非常有趣。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
碳纳米管(CNTs)由一维六角晶格碳原子卷成圆柱体并融合在一起;这些空心管具有独特的、高度有序的原子和电子结构。
碳纳米管的电子、光学、电化学和力学性质具有方向性,即各向异性和可调谐性。碳纳米管具有高纵横比,这意味着它们的长度相对于宽度而言相当长。碳纳米管的许多独特性能只适用于沿管的一个方向;因此,碳纳米管既可以被描述为金属材料,也可以被描述为半导体材料。
碳纳米管与电磁辐射相互作用的方式是独特的,它们表现出独特的吸收、光致发光和拉曼光谱。碳纳米管的光学性质很大程度上取决于其独特的电子结构。
光弹性散射通过碳纳米管,但由于管的非线性折射特性,只能在一个方向。光吸收发生在光向碳纳米管传播时,并且由于能级之间的电子跃迁而发生得非常快。电子在六方晶格中的非线性极化被认为是造成大的非线性折射率变化的原因,也被称为非线性克尔效应。饱和吸收是由于两个能级之间的电子跃迁而表现出光学吸收的材料中普遍存在的现象。一旦碳纳米管达到并超过其饱和点,碳纳米管就变得透明。
在碳纳米管中的光学吸收不同于在块状、三维材料中发现的光学吸收特性。欧洲杯足球竞彩吸收来源于能级之间的电子跃进,这种跃进相对尖锐,可以用来帮助识别碳纳米管的类型。
碳纳米管中电子对光的吸收产生激发,即电子和空穴的电荷分离,在半导体纳米管中观察到。当电子-空穴对迅速弛豫时,激发态之间就会发生跃迁,使碳纳米管表现出荧光、光致发光和电致发光。碳纳米管在近红外环境下发光,具有较高的光稳定性。
量子计算和密码
碳纳米管光学可能为基于光学的量子密码学和量子计算铺平道路。光是世界范围内信息的主要载体,单光子源是安全量子通信计量和量子计算方案中许多技术的关键组成部分。
来自美国洛斯阿拉莫斯的研究人员与德国和法国的同事一起,一直在探索碳纳米管作为单光子发射器用于量子信息处理的增强潜力。他们对纳米管集成到光子腔中以操纵和优化光发射特性感兴趣;这种集成到电致发光器件可以提供更大的控制超过时间的光发射,并可以集成到光子结构。
研究人员对碳纳米管进行化学修饰,有意引入缺陷,以产生具有通信波长的室温单光子发射器。他们的重点是分析将量子发射推到室温和通信波长的缺陷。
生物医学中的光学探针
单壁碳纳米管具有广泛的医疗应用潜力,包括传感、成像和药物输送;它们在生物医学中也有作为光学探针的前景。
碳纳米管能够在近红外范围内发射,并表现出光物理特性;它们还具有优异的光稳定性和荧光性,对局部环境高度敏感,是理想的光学探针。
它们还可以用作光学生物传感器,作为传感器的一部分来检测各种生物分子。它们可以与有机分子官能团化,或形成生物相容基质的一部分,从中它们可以感知电光特性、电化学荧光和猝灭机制的变化。他们的想法是,他们将能够提供一个可测量的响应,并允许监测小分子。
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