石墨烯性质-表面等离子体

石墨烯表面等离激元石墨烯是一种由碳原子形成的二维晶体结构材料，它具有许多独特的物理和化学性质。

在石墨烯表面上，可以发生一种特殊的现象，称为等离激元。

等离激元是光与电子在金属或半导体表面上共振耦合的一种现象。

石墨烯表面的等离激元在材料科学和纳米技术领域中具有广泛的应用前景。

石墨烯表面的等离激元可以通过激发表面等离子体来实现。

当光射入石墨烯表面时，它会与表面上的电子相互作用，激发出等离子体波。

这种等离子体波可以在石墨烯表面上传播，并与光场相互作用。

这种相互作用可以导致光的局域化和增强，从而增加光与物质的相互作用强度。

这对于光电子学、传感器、光学器件等领域具有重要意义。

石墨烯表面的等离激元还可以用于表面增强拉曼散射（SERS）技术。

SERS技术是一种能够增强物质的拉曼散射信号的技术，可以用来检测微量的物质。

石墨烯表面的等离激元可以增强拉曼散射信号，使得SERS技术更加灵敏和可靠。

这对于生物医学、环境监测和食品安全等领域的应用具有重要意义。

石墨烯表面的等离激元还可以用于太阳能电池。

等离激元可以将光能转化为电能，从而提高太阳能电池的效率。

石墨烯作为一种优良的电导体，可以用于制备高效的太阳能电池。

石墨烯表面的等离激元可以增强太阳能电池对光的吸收和转化效率，从而提高太阳能电池的性能。

除了上述应用外，石墨烯表面的等离激元还可以用于纳米光子学、光子晶体和光学超材料等领域。

石墨烯的二维结构和优异的电子输运性质为等离激元的研究和应用提供了良好的平台。

石墨烯表面的等离激元可以用于设计和制备新型的光学器件和纳米材料，具有潜在的突破性应用。

石墨烯表面的等离激元在材料科学和纳米技术领域具有广泛的应用前景。

它可以用于光电子学、传感器、光学器件、SERS技术、太阳能电池、纳米光子学和光学超材料等领域。

通过研究和应用石墨烯表面的等离激元，我们可以深入理解光与物质的相互作用，推动材料科学和光学技术的发展。

探析石墨烯的表面改性及其在涂层中的应用石墨烯是由碳原子构成的二维晶体材料，其具有独特的物理和化学性质，因此在科学研究和工业应用中引起了广泛的关注。

石墨烯的表面改性是指通过对石墨烯表面进行化学修饰或物理处理，改变其表面性质和功能。

石墨烯的表面改性主要包括化学修饰和物理处理两种方法。

化学修饰是利用化学反应将分子或原子与石墨烯表面进行连接或覆盖，改变其表面性质和功能。

常用的化学修饰方法有氧化、还原、硝化等。

通过氧化可以在石墨烯表面引入羟基或羧基，使其具有良好的亲水性，从而提高石墨烯在涂层材料中的分散性和润湿性。

化学修饰还可以引入活性基团，使石墨烯具有更多的官能团，进而与其他物质发生化学反应，实现多种功能的引入。

物理处理是通过物理手段改变石墨烯表面的形貌和结构，从而改变其表面性质和功能。

常用的物理处理方法有热处理、等离子体处理等。

通过高温热处理可以使石墨烯表面形成缺陷和杂质，从而增加石墨烯的化学反应活性和催化性能。

等离子体处理可以在石墨烯表面引入氨基、羟基等官能团，增加其在涂层中的粘附性和耐久性。

石墨烯的表面改性在涂层中具有广泛的应用前景。

石墨烯具有极高的比表面积和导电性，可以增加涂层的阻隔性能和导电性能。

石墨烯具有优异的机械性能和化学稳定性，可以提高涂层的硬度和耐腐蚀性。

石墨烯还具有良好的光学性质和热导性能，可以改善涂层的透明性和导热性能。

石墨烯在涂层中的应用主要涉及领域包括电子器件、太阳能电池、防腐涂料等。

石墨烯可以作为电子器件的导电层，提高电子器件的导电性能和稳定性。

石墨烯可以作为太阳能电池的透明导电层，提高太阳能电池的能量转化效率。

石墨烯还可以用于制备具有优异防腐性能的涂料，提高金属材料的耐腐蚀性和保护性。

石墨烯的表面改性可以通过化学修饰和物理处理两种方法实现，其在涂层材料中具有广泛的应用潜力。

随着对石墨烯材料性质的深入研究和技术的不断突破，石墨烯涂层材料将会有更广泛的应用前景。

利用等离子体热处理方法在Zr 金属表面直接制备Zr 3O-ZrC/石墨烯表面强化层成亦飞, 罗 飞, 刘大博, 周海涛, 田 野, 罗炳威（中国航发北京航空材料研究院，钢与稀贵金属研究所，北京 100095）摘要：采用等离子体热处理方法，在Zr 金属表面直接制备Zr 3O-ZrC/石墨烯表面强化层。

利用X-射线衍射仪（XRD ）、扫描电镜（SEM ）、拉曼光谱（Raman ）对Zr/Zr 3O-ZrC/石墨烯样品进行结构表征和成分的表征。

利用硬度计和纳米压痕对Zr/Zr 3O-ZrC/石墨烯样品进行表面硬度的表征。

研究结果表明：表面的复合增强层均匀的分布在Zr 金属表面，纯Zr 金属和Zr/Zr 3O-ZrC/石墨烯表面的硬度值分别为195HV 和639HV ，表面硬度在热处理后提高3.2倍。

纳米压痕结果表明，Zr 3O-ZrC 表面增强层是引起表面硬度提高的主要原因。

关键词：Zr 金属；表面增强；等离子体；ZrC ；石墨烯doi ：10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000188中图分类号：O472 文献标识码：A 文章编号：1005-5053(2020)04-0019-06Zr 是一种难熔活性金属元素，金属Zr 及化合物因其具有高熔点、耐腐蚀、易加工等特点展现出优异的物理化学性能，成为核工业、化学工业和航空工业中重要部件的关键材料[1-3]。

然而，Zr 金属还存在这些缺点，即低表面硬度、低模量和高的摩擦因数。

因此，在特殊领域的应用中，还需要进一步优化其表面状态[4]。

在金属Zr 上进行表面改性的方法主要为沉积一层高硬度的表面涂层，如ZrC [5]。

目前，ZrC 涂层的主要制备方法有溅射沉积法、金属有机物化学气相沉积法、脉冲激光沉积法和化学气相沉积法（CVD ）等[6-9]。

在这些方法中CVD 法制得的ZrC 涂层具有光滑致密，结构均匀性好，厚度可控的优点。

在核工业中，主要应用CVD 法来制备ZrC 涂层。

等离子蚀刻石墨烯功率等离子蚀刻是一种常用的加工技术，可以用于制备多种材料的微结构和纳米结构。

石墨烯作为一种新兴的二维材料，具有优异的电子传输性能、热导率以及力学性能，因此在微电子、光电子、传感器等领域有着广泛的应用潜力。

在石墨烯的制备过程中，等离子蚀刻技术被广泛应用，可以控制石墨烯材料的形貌和尺寸，调控其性能。

等离子蚀刻是一种利用等离子体对材料表面进行加工的技术。

等离子体是一种气体在高频电磁场中激发而形成的带电粒子的集合体，其中带正电荷的粒子称为正离子，带负电荷的粒子称为电子。

等离子蚀刻的过程涉及到等离子的生成、催化剂的作用和材料表面的反应等多个环节。

在等离子蚀刻石墨烯的过程中，需要选择合适数量和功率的等离子体源。

常见的等离子体源包括自然气体（如氩气、氧气等）和金属衬底（如金属网、金属盐等）。

通过控制等离子体的流量和功率，可以实现对石墨烯材料表面的选择性蚀刻。

首先，等离子蚀刻可以用于改善石墨烯材料的表面特性。

由于石墨烯是一种单层的碳材料，其表面容易受到杂质和缺陷的影响，从而导致其电子传输性能的下降。

通过等离子蚀刻，可以去除石墨烯表面的杂质和缺陷，提高其导电性能和光学特性。

其次，等离子蚀刻还可以实现对石墨烯材料形貌的调控。

石墨烯的形貌对其性能具有重要影响。

通过调控等离子体的流量和功率，可以实现对石墨烯的形貌的精确控制，如石墨烯的厚度、孔隙率等。

最后，等离子蚀刻还可以用于制备复杂的纳米结构。

石墨烯具有单层结构的特点，可以与其他材料进行界面结合，从而制备出具有特殊功能的纳米结构。

通过等离子蚀刻，可以实现对石墨烯材料和其它材料界面的形貌和性能的控制。

总体而言，等离子蚀刻对石墨烯材料的制备和调控具有重要意义。

通过控制等离子体源的功率和流量，可以实现对石墨烯材料的表面特性、形貌以及界面的调控，从而提高石墨烯材料的性能和应用前景。

此外，等离子蚀刻还具有加工速度快、效率高、对环境的影响小等优点，因此在制备石墨烯及相关材料的过程中备受青睐。

题目基于石墨烯和碳纳米管所设计的表面等离子体激元纳米激光器摘要表面等离子体激元纳米激光器（Spaser）是通过等离子体谐振器和增益介质来补充能量损失的表面等离子体激元的纳米尺度光源。

这里我们设计了一种碳基spaser，其中的石墨烯纳米片（GNF）谐振器被耦合到碳纳米管（CNT）增益元件上。

我们从理论上证明了，由于这种模式与CNT激子之间的近场的相互作用，所以光激发CNT可以零辐射地将能量转移到GNF的定域等离子体激元模式。

通过计算等离子体激元模式的定域场和等离子体激元激子的相互作用的矩阵元，我们发现了等离子激元的生成速率最高的spaser的最优几何参数和材料参数。

得到的结果可以证明，对等离子体纳米电路设计强大的和超级紧密连贯的的表面等离子体激元光源，将会非常有用。

关键词表面等离子体激元纳米激光器；石墨烯；碳纳米管；量子等离子体；光学器件正文纳米等离子体提供了超快制造超速纳米电路的巨大新机遇，因为它可以突破常规的光波衍射极限而微型化。

可以利用表面等离子体激元（SPs）在金属-电介质界面的电子集体振荡去携带处于纳米尺度的信息。

利用SP去激励电路，需要一个类似于电子晶体管或光学激光的激活装置。

通过辐射的受激发射放大表面等离子体激元，在活性等离子体装置中可被用于产生SP，这种现象被称为spaser。

spaser的运作，要求增益介质的激发能能被零辐射转移到耦合等离子体谐振器中，以增大其定域的SP模式的振幅。

通过SP受激辐射放大，spaser能产生比那些构建于金属表面由激光源激励的更强更连贯的等离子场。

最近SP的受激辐射的实验，实现了spaser的第一个实用性应用——一个被染料掺杂的二氧化硅包裹的球形金纳米颗粒。

spaser的运行特征，诸如等离子激元的生成速率，发射波长，SP的品质因子以及阈值增益，强烈依赖于其几何形状和组成。

因此，许多spaser的设计方案已被提出并进行分析，以寻求性能上的最佳。

这些包括一个位于光泵浦多量子阱（QW）之间的金箔等离子体激元波导，一个由量子点（QD）包裹的V形的金属纳米颗粒，一个在有源基底上的环缝谐振器的阵列，一个领结形束缚量子点金属结构和一个在其底部的带量子点的金属纳米凹槽。

石墨烯纳米材料的光吸收与光学性质研究石墨烯是一种在近年来备受瞩目的纳米材料，它具有极高的导电性和热导性，在电子学、能源存储和光学应用等领域展现出了巨大的潜力。

其中，石墨烯在光学方面的研究尤为重要。

石墨烯具有单原子厚度和大的比表面积，这使得它在光学上具有一些独特的性质。

首先，石墨烯对光的吸收非常高效。

由于其单原子厚度，光可以直接进入石墨烯中，并被其高度导电性的碳原子吸收。

此外，石墨烯的大比表面积也使得它能够捕获更多的光子能量。

因此，石墨烯具有极高的光吸收率，是一种非常有效的光吸收材料。

其次，石墨烯还表现出了一些其他的光学性质。

例如，石墨烯具有非常强的光散射能力。

当光通过石墨烯时，它会与石墨烯中的电子相互作用，并发生散射。

这种散射效应可以用来制备透明导电薄膜。

石墨烯的高光学透射率和导电性使得它非常适合用于光电子器件的制备。

此外，石墨烯还具有可调节的光学性质。

通过控制石墨烯的厚度和物理结构，可以调控其吸收和散射光的波长范围。

这为石墨烯在光学器件中的应用提供了更大的灵活性。

例如，石墨烯可以被用作可调谐滤光器，通过调节外界电场来改变其吸收和透射光的波长。

这种可调节性使得石墨烯在光通信和光传感器等领域有着广阔的应用前景。

对于石墨烯纳米材料的光吸收和光学性质研究，科学家们已经取得了一系列的重要突破。

例如，研究人员发现，在石墨烯和其他二维材料的异质结构中，可以产生新的光学效应。

此外，通过利用局域表面等离子体共振效应，可以进一步增强石墨烯的光吸收能力。

这些研究不仅深化了对石墨烯的理解，还为其在光学器件领域的应用开辟了新的可能性。

尽管石墨烯在光学方面展现出了巨大的潜力，但在其应用过程中也存在一些挑战。

例如，石墨烯的制备和操控依然面临一定的难题。

目前，大规模制备高质量的单层石墨烯仍然是一个挑战。

此外，石墨烯的光学性质也需要更深入的研究和理解，以实现其在实际应用中的最大化利用。

总之，石墨烯纳米材料的光吸收与光学性质的研究是一个重要的课题。

表面等离子激元在石墨烯上的基础性质和物理浅析摘要：表面等离子激元在石墨烯有许多有趣的基础性质和存在巨大的潜在应用。

它们可以再亚波长范围内很好的限制电磁场的能量，并且可以通过栅极电压调控。

它们的频率可以从太赫兹跨度到红外甚至到可见光范围。

这是对现有石墨烯等离激元知识的一个综述，其中特殊强调了等离子体光学损失和不同衰减通道的比较，这些都是现在还没有完全搞清楚的。

最后我们会概述石墨烯等离激元元的潜在应用。

1、简介近些年，平面波导和光子晶体技术取得了很大的进展，打开了通往制造新型的、更有效率的、小型化的光学器件的道路。

光可以在成千上万太赫兹的频率上传播，伴随着大的带宽和低损耗，因此现有的在千兆赫兹频率上运行的光限制了电子设备的发展。

然而对于光学器件小型化的限制来自于衍射极限的限制。

为了使光学器件突破这种极限从而制造一种纳米光子器件，使它能在大宽带近红外或者可见光下运行，需要在衍射极限先对电磁场进行很好的调控。

一条可能是唯一的能制备纳米光学器件的途径是等离子激元的激发，这也是正在兴起的研究领域：等离子体光子学。

实际上，根据系统的形态和维度可以有很多种等离激元激发。

体状的等离激元是导体内电子的集体激发，然而它们并不是光子学的研究对象。

等离子体光子学是建立在表面等离子激元极化子——电磁波受限于导体—电介质界面间上的。

这种波长比在空气中的同种频率的波长要短得多，这使在纳米范围内调控光成为可能，也就打破了衍射极限。

然而，现今很没有找到一个很好的能够限制电磁能并且低能损的等离激元材料。

石墨烯拥有特殊的电学、光学、机械性质，使得石墨烯等离激元有大量的研究。

石墨烯是一层2维的蜂窝状排列的碳碳原子层。

它可以通过外部的栅极电压来控制电子和空穴的多少，这是一个很吸引人的光学特性。

石墨烯的表面等离子激元吸引了众多的关注。

一个主要的原因是石墨烯的一些性质，例如分散性和电子—空穴对激发的内带损耗可以通过外部栅极电压调控。

石墨烯上表面等离子激元效应存在的实验证据最先来自电子能量损失谱。

Journal of Advances in Physical Chemistry 物理化学进展, 2016, 5(2), 48-57Published Online May 2016 in Hans. /journal/japc/10.12677/japc.2016.52006Progress in Surface Propertiesand the Surface Testing of GrapheneJinfeng Dai1*, Guojian Wang1,2, Chengken Wu11School of Materials Science and Engineering, Tongji University, Shanghai2Key Laboratory of Advanced Civil Engineering Materials, Ministry of Education, ShanghaiReceived: Apr. 22nd, 2016; accepted: May 10th, 2016; published: May 13th, 2016Copyright © 2016 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractGraphene has been paid much attention for its special two-dimensional structure and excellent physicochemical properties. Researchers have done a great number of studies on these fields, and have made lots of outstanding results, while less on the surface properties, relatively. However, the surface properties of graphene usually play an important role in the practical application of graphene-based materials, especially, in the nano-composites, nano-coating and electrical nano- devices. In this review, the recent developments of surface properties and surface modification of graphene are summarized, where the relationship between the structure and surface properties of graphene is highlighted. The method of surface testing is also compared and commented on briefly. We believe that the future prospects of research emphasis on preparation of functiona-lized graphene with special surface properties, and a new comprehensive technique for testing the surface properties of graphene. Finally, the current challenges of research on structural surface and surface properties of graphene are commented based on our own opnion.KeywordsSurface Properties, Structural Surface, Surface Energy, Surface Testing, Graphene石墨烯的表面性质及其分析测试技术戴进峰1*，王国建1,2，吴承恳11同济大学材料科学与工程学院，上海*通讯作者。

等离子体技术制备石墨烯材料及其应用
石墨烯是一种单层碳原子组成的二维材料，具有极高的电导率、热导率和机械强度，被认为是未来电子学、传感器、储能等领域的重要材料之一。

然而，传统的化学气相沉积和机械剥离制备石墨烯的方法过程繁琐、成本高，难以应用于大规模制备。

而等离子体技术作为一种新兴的制备方法，具有较强的可控性和适用范围，已成为石墨烯制备领域的研究热点。

等离子体技术制备石墨烯的主要方法包括热化学气相沉积和微波等离子体化学气相沉积。

热化学气相沉积是在高温、高压下将前驱物气体解离成石墨烯，其优点是制备过程简单、高纯度、可以大规模制备。

微波等离子体化学气相沉积则是利用等离子体的局部高温对前驱物气体进行快速解离，制备出高质量、较小尺寸的石墨烯，是制备薄膜和纳米器件的理想方式。

等离子体技术制备的石墨烯材料具有许多优异的应用。

例如，制备的石墨烯纳米粉末可以应用于电池电极材料和储氢材料；通过等离子体修饰制备的石墨烯薄膜可用于生物传感器和化学传感器，具有快
速响应、高灵敏度等优点；将石墨烯掺杂到其他材料中，可以改变其物理、化学性质，提高其导电性和机械强度，用于电子元件和复合材料等领域。

总之，等离子体技术制备石墨烯材料是一项具有广泛应用前景的研究领域。

随着技术的发展和创新，其应用领域将不断拓展。