المواد النانوية ثنائية الأبعاد في التطبيق الميداني للحماية من الليزر

لتحقيق الحماية المتزامنة ضد كل من الموجات النبضية والمستمرة (CW) أو شبه CWالحماية من الليزر، تم تكريس جهد بحثي كبير لأحدث مواد وعمليات الحد البصري (OL) في محاولة لتحقيق بعض تدابير الحماية ضد أشعة الليزر هذه في العقود الماضية. أثارت المواد النانوية ثنائية الأبعاد (2D) التي تتمتع بالكثير من الخصائص الفريدة، بما في ذلك الجرافين وثنائي كالكوجينيدات المعادن الانتقالية والفوسفور الأسود وغيرها، اهتمامًا بحثيًا واسع النطاق لدى العديد من الباحثين. في ورقة المراجعة هذه، نصف بشكل منهجي آليات OL والإنجازات الأخيرة في المواد النانوية ثنائية الأبعاد ومشتقاتها العضوية/البوليمرية للحماية من الليزر. في محاولة للحفاظ على ميزة المواد النانوية ثنائية الأبعاد، لا يمكن للمرء فقط إدخال الجزيئات الوظيفية أو البوليمرات لمزجها لتكوين نظام مواد معقد متعدد المراحل، ولكن أيضًا دمج صفائح النانو ثنائية الأبعاد القابلة للذوبان والتي تعمل تساهميًا مع المواد العضوية/البوليمرية في مضيف بوليمر لتكوين مواد مركبة مضيفة وضيف من المتوقع أن تعمل على تحسين أداء OL للنظام بأكمله. بشكل عام، يعمل نظام المواد النانوية المعقد والمتعدد المكونات على تحسين أداء أجهزة OL وإمكانية تطبيقها بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، فإن الدراسات الأساسية للخصائص الفيزيائية الضوئية والفوتونية للمواد النانوية ثنائية الأبعاد ومشتقاتها في مختلف العوائل الصلبة لها أهمية في تعديل المواد النانوية على المستوى الجزيئي.

بالإضافة إلى استخدامه على نطاق واسع في المجالات المدنية، تم تطوير الليزر أيضًا إلى أنواع مختلفة من أسلحة الليزر. بفضل خصائصها المتمثلة في السرعة العالية، والضربات المتكررة، والقتل الدقيق للأهداف، ودرجة الضرر التي يمكن التحكم فيها، ومقاومة التداخل الكهرومغناطيسي، وتكاليف التشغيل الاقتصادية، فإنها ستلعب دورًا مهمًا في الحروب المستقبلية، ومكافحة الإرهاب، ولديها استراتيجية فريدة ومهمة. والقيمة التكتيكية في مجال الأمن والإنقاذ. الدول الغربية المتقدمة بقيادة الولايات المتحدة، في حين تعلق أهمية كبيرة على البحث والتطوير لأسلحة الليزر المتقدمة، تعمل أيضًا بقوة على تعزيز أبحاث الحماية من الليزر، وتتطلع إلى جميع الأحمال الإلكترونية البصرية العسكرية / المدنية ذات القيمة العالية والمعدات العسكرية والأفراد حماية فعالة من الليزر. على مدى العقدين الماضيين، بذل الناس جهودًا حثيثة للحصول على مواد وظيفية يمكنها حماية أشعة الليزر بشكل فعال، مثل الفوليرين، وأنابيب الكربون النانوية (CNTs)، والجرافين، والبورفيرين، والفثالوسيانين، والنفثالوسيانين، والمجمعات المعدنية المختلطة، وأسود الكربون المعلق، والمعادن/المعادن. ويجري تدريجيًا تحضير الجسيمات النانوية/الأسلاك النانوية للأكسيد، والجسيمات النانوية/الأسلاك النانوية شبه الموصلة، والبوليمرات ومركباتها، والمواد المركبة العضوية/غير العضوية وغيرها من المواد البصرية غير الخطية.

في السنوات الأخيرة، تم استخدام مواد وظيفية ثنائية الأبعاد (الجرافين، نيتريد البورون السداسي، هاليدات المعادن الانتقالية، نيتريد الكربون الجرافيتي، أكاسيد المعادن ذات الطبقات، وما إلى ذلك)، والبوليمرات ثنائية الأبعاد، والأطر المعدنية العضوية، والبيروفسكايت، والفوسفور الأسود (الفوسفور الأسود، BP)، وما إلى ذلك (الشكل 1) ويتم استخدام مشتقاتها في ترانزستورات التأثير الميداني، والمعدلات الضوئية، وأشعة الليزر ذات الوضع المقفل وQ-switched، والحد البصري، وتخزين المعلومات والطاقة، وقد أظهرت مجالات مثل أجهزة التردد الراديوي وأجهزة الاستشعار الكيميائية أهمية متزايدة قيمة التطبيق المحتملة. في عام 2014، كتب أربعة وستون عالم مواد من جميع أنحاء العالم بشكل مشترك "خارطة طريق تطوير الجرافين والمواد الأخرى ثنائية الأبعاد"، والتي قدمت التطوير المستقبلي للمواد ثنائية الأبعاد يشير إلى الطريق. ومع ذلك، فإن هذه المواد ثنائية الأبعاد غير قابلة للذوبان في أي مذيبات عضوية، مما يحد بشدة من قدرة معالجة المحلول وقدرات تطبيق المواد. إن استخدام "التطعيم العضوي أو البوليمري المُصنَّع مسبقًا لـ (التطعيم بـ) أو "تطعيم المجموعات العضوية أو سلاسل البوليمر مباشرة من سطح المواد ثنائية الأبعاد" يمكن أن يصمم ويحضر عددًا كبيرًا من المواد العضوية/البوليمرية بناءً على مواد نانوية ثنائية الأبعاد. المواد الوظيفية الإلكترونية الضوئية الجزيئية: تستعرض هذه المقالة التقدم البحثي في ​​مجال الحد البصري في السنوات الأخيرة استنادًا إلى المواد ثنائية الأبعاد الأكثر تمثيلاً ومشتقاتها العضوية/البوليمرية مثل الجرافين، وBP، وكبريتيدات المعادن الانتقالية، والبيروفسكايت. القضايا العلمية الرئيسية واتجاهات التنمية المستقبلية.

العديد من المواد النموذجية ثنائية الأبعاد وخطط تطبيقها

من حيث مبادئ العمل، يمكن تقسيم تكنولوجيا الحماية من الليزر إلى فئتين: تكنولوجيا الحماية من الليزر على أساس مبادئ البصريات الخطية وتكنولوجيا الحماية من الليزر على أساس مبادئ البصريات غير الخطية (NLO). بالإضافة إلى ذلك، هناك أيضًا تقنية الحماية من تغير الطور المستحث حراريًا وتقنية حماية البنية المجهرية الميكانيكية، وما إلى ذلك. نسبيًا، تتمتع مواد الحماية من الليزر المستندة إلى مبادئ بصرية غير خطية بمقاومة واسعة الطيف لأشعة الليزر ذات الطول الموجي المتغير، وأوقات استجابة سريعة، وتنشيط الحامي. لا يؤثر على قدرات الكشف أو معالجة الصور ونقل الجهاز. ، يمكن أن يقلل بشكل فعال من كثافة الليزر إلى مستوى مقبول للأجهزة البصرية والمعدات العسكرية والعين البشرية. لها قيمة تطبيقية عملية عالية للغاية وهي أيضًا موضوع بحث رئيسي في هذا المجال على المستوى الدولي. كما هو موضح في الشكل 2، فإن آلية حماية الليزر (الحد البصري، OL) الأكثر أهمية تتضمن بشكل أساسي الحالة المثارة والامتصاص العكسي القابل للتشبع (RSA)، وامتصاص الفوتونين/امتصاص الفوتون المتعدد (TPA/MPA)، وامتصاص الموجة الحاملة الحرة (حر- امتصاص الموجة الحاملة، FCA)، الانكسار غير الخطي (NLR) والتشتت غير الخطي (NLS). في منطقة الضوء المرئي، يتراوح نطاق الحماية لمواد RSA في المحاليل والأغشية الصلبة بين 400 -600 نانومتر، بينما تنتج مواد TPA تأثيرات بصرية محدودة بسبب امتصاص الحالة المثارة في منطقة 600-800 نانومتر. يمكن أن تمتد منطقة تأثير الحد البصري لمواد NLS إلى المنطقة القريبة من الأشعة تحت الحمراء. تحفز RSA وFCA والتأثيرات الحرارية الانكسار غير الخطي الذي يتضمن تأثيرات غير خطية تراكمية، في حين أن الانكسار غير الخطي الناتج عن MPA وتأثيرات الإلكترون الحرة هي تأثيرات غير خطية لحظية. الأول يعتمد على تدفق الطاقة المودعة في العينة، في حين أن الأخير يعتمد فقط على الليزر الحادث. الشدة اللحظية. يتم إنتاج RSA عادةً من نظام جزيئي يكون فيه المقطع العرضي لامتصاص الحالة المثارة أكبر من المقطع العرضي لامتصاص الحالة الأرضية. مع زيادة طاقة الضوء الساقط، يزداد امتصاص الضوء بواسطة مادة الامتصاص المضادة للتشبع، وتنخفض درجة نفاذية الضوء. MPA (خاصة TPA)) هو تأثير غير خطي لحظي مهم يمكن ملاحظته بسهولة في العديد من المواد شبه الموصلة. تمتص الإلكترونات الموجودة في نطاق التكافؤ فوتونات متعددة من خلال حالة وسيطة افتراضية لتحفيز الانتقال إلى نطاق توصيل المادة. بالنسبة لـ FCA، يمكن للحاملات المتولدة من خلال امتصاص الفوتون أو التأثيرات الحرارية في نطاق التوصيل (الإلكترونات) ونطاق التكافؤ (الثقوب) امتصاص الفوتونات بشكل مستمر والانتقال من مستويات الطاقة المنخفضة إلى مستويات الطاقة العالية. عندما يكون عدد شركات النقل المجانية التي تم إنشاؤها كبيرًا، يمكن أن تلعب هذه العملية دورًا ما. يمكن أن يأتي NLR من الجزء الحقيقي من χ(3) (لاخطية إلكترون كير)، وهي لاخطية لحظية أو عابرة، أو يمكن أن يأتي من تأثيرات توليد الموجة الحاملة التراكمية الناجمة عن امتصاص الفوتون أو التأثيرات الحرارية. يمكن تطبيق التركيز البؤري الذاتي أو إلغاء التركيز البؤري الذاتي لـ NLR على الحد البصري. يلعب NLS دورًا مهمًا في العمليات البصرية القائمة على المواد النانوية. يتضمن التشتت عادةً تشتت رايلي، وتشتت تيندال، وتشتت رامان. عندما يكون حجم الجسيم أصغر من أو عندما يكون أصغر بكثير من الطول الموجي للضوء الساقط (أقل من عُشر الطول الموجي)، فإن شدة الضوء المتناثر في كل اتجاه تختلف، وهو ما يتناسب عكسيا مع الرابع قوة الطول الموجي للضوء الساقط. وتسمى هذه الظاهرة تشتت رايلي. في هذا الوقت، يمكن استخدام نظرية تشتت رايلي للتحليل. ومع ذلك، عندما يكون حجم مركز التشتت مساويًا أو أكبر من الطول الموجي للضوء الساقط، فإن شدة التشتت تتناسب مع مربع التردد، ويكون التشتت أكبر في الاتجاه الأمامي للضوء منه في الاتجاه الخلفي اتجاه. قوي، الاتجاه واضح نسبيًا، ويمكن استخدام نظرية تشتت مي للتحليل في هذا الوقت. مثل MPA، NLS ليس حساسًا لنطاق الطول الموجي الضيق للضوء الساقط، لذلك قد يساهم في الاستجابة البصرية ذات النطاق العريض. لقد تم اقتراح في الأدبيات أن هناك طرقًا عديدة للحث على مراكز التشتت. يمكن أن يأتي مركز التشتت هذا من توليد فقاعات المذيبات أو من انقطاع معامل الانكسار الناتج عن البلازما المتكونة على سطح المادة النانوية والتأثير الحراري للمذيب المحيط بالجسيمات النانوية. من منظور التطبيق العملي، يعد تصميم مواد بصرية غير خطية بآليات تحديد بصرية متعددة (مثل الامتصاص المضاد للتشبع، والفوتون الثنائي، وتشتت الضوء، وما إلى ذلك) مثاليًا لتصميم مواد بصرية غير خطية، لتحقيق حماية واسعة النطاق من الليزر، ولكنه مناسب تمامًا التحدي.

آليات الحد البصري: (أ) التشتت غير الخطي؛ (ب) امتصاص الفوتون المتعدد؛

(ج) عكس الامتصاص القابل للتشبع؛ (د) امتصاص الناقل الحر

معلومات الاتصال:

إذا كان لديك أي أفكار، فلا تتردد في التحدث إلينا. بغض النظر عن مكان وجود عملائنا وما هي متطلباتنا، فإننا سوف نتبع هدفنا المتمثل في تزويد عملائنا بجودة عالية وأسعار منخفضة وأفضل خدمة.