石墨烯在辐射探测装置中的应用

石墨烯自2004年被发现以来，一直被吹捧为一种神奇的材料，能够给许多不同的行业带来革命。这种材料重量轻、结实、透明、导电。它还擅长将热转化为电——这一特性现在正被用于辐射探测。

瑞典查尔默斯理工大学的研究人员利用石墨烯的热电特性制造了一种新型辐射探测器。列为测辐射热计——设备测量入射电磁辐射的力量通过加热材料的电阻随温度——研究者的原型快速响应时间,在很大的温度范围内工作,可以很容易地扩大以较低的成本,使其具有商业吸引力。

自从2004年石墨烯在曼彻斯特首次被分离出来以来，人们就期望它能开创一种新型技术，但它的主要用途是其机械性能。石墨烯是一种由单层碳原子组成的平面六角形晶格结构。

不幸的是，这种材料有一些强烈的基本限制。如今，石墨烯的实际工业应用相当有限。但我们的设备表明，更多的基本属性可以用于实际应用。

格里戈里·斯科布林，查尔默斯量子器件物理实验室博士生

这种新型测辐射热计利用了石墨烯的热电特性——辐射加热部分设备，导致电子移动。这些被移动的粒子产生电场，而电场又欧洲杯猜球平台在整个设备上产生电压差。电压的变化实际上是对辐射的直接测量。

“我们使用劈开顶栅在石墨烯中创建一个p-n结，从而使一个有效的热电偶读取石墨烯中的电子温度，”该团队在《应用物理快报》中写道。“由于入射辐射在石墨烯中产生的交流电流，电子温度会升高，这些电流首先被天线接收，然后通过顶栅电容定向到石墨烯。除了施加到栅极上的恒定直流电压外，检测器不需要任何偏置，因此使用非常简单。”

其他设备依赖于通过传入辐射产生的电流或电阻变化，但此时，测量电流或电阻的变化需要一个外部电源来产生初始电流。

斯科布林说，这种新设备要简单得多。测辐射热计内部的石墨烯块很小，这使它成为同类模型中速度最快的模型之一，因为它加热和反应迅速。该设备在温度高达200°C的辐射下仍然敏感，而传统的辐射热计只能在低温下工作，以提高灵敏度。

研究人员解释说，过去的研究发现，测辐射热计的性能比斯科布林的更好，但这些模型使用了双层石墨烯，这使得它们更难扩大规模。

这种新型探测器的另一个优点是它的涂层，这是研究人员之前开发的。石墨烯表面涂有绝缘聚合物Parylene，这是许多化学蒸汽沉积聚(对-二甲苯)聚合物的商品名，可用于防潮和绝缘屏障，它提供了良好的性能和可扩展性。Skoblin说，用六方氮化硼涂层石墨烯可以获得更好的性能，但这种物质很难获得，而且涂层技术在扩大规模方面具有挑战性。其他研究也表明，带有这种涂层的测辐射热计效率较低。

这个原型测辐射热计目前只适用于94千兆赫的微波辐射，但未来的设计将致力于扩大这个频率范围。斯科布林的下一步工作是使用化学气相沉积技术来建造这种设备，以生长大块石墨烯，从而为大规模生产铺平道路。

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