石墨烯泡泡可做為變焦光學透鏡
- 上線日期：2011/10/21 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
諾貝爾物理獎得主Kostya Novoselov的團隊利用石墨烯(graphene)製作出光學焦距可調變的「石墨烯泡泡」(graphene bubbles)，為石墨烯不斷擴張的應用版圖再增添一筆功績。該結構是利用伸長的石墨烯所構成，在未來甚至可能取代傳統的可變焦式光學鏡片。
石墨烯是單原子厚的二維平面碳材料，具有許多獨特的機械與電子性質。儘管大部分研究著重在其電子性質，石墨烯還有其他諸多優異特性，譬如透光但不透氣，而且彈性極佳，可伸長達20%，這意味著石墨烯可被「吹」成各式各樣的泡泡。
Novoselov表示，圓形石墨烯泡泡能用來製作光學透鏡，並可透過施加不同電壓改變其曲率，進而控制其焦距，工作原理類似模仿眼睛水晶體運作的傳統變焦透鏡(adaptive focus lens)，而這類透鏡廣泛地應用於現代光學系統中，譬如行動電話的內建數位相機、網路視訊鏡頭以及自動對焦眼鏡。
目前的變焦透鏡主要是以透明的液晶或液體製成，前者是利用外加電場造成液晶折射率的改變；後者則是在擠壓下會改變形狀進而調制焦距。這兩種透鏡的製作都很困難，因為須將兩層以上的液體或液晶嵌入透明電極間，而製作電極的材料如銦錫氧化物(indium tin oxide, ITO)也不便宜。 相形之下，石墨烯光學元件不僅製作方法簡單多了，隨著石墨烯量產技術的進步也逐漸有價格上的優勢。
該團隊先在平坦的氧化矽基板上製備大片的石墨烯，被石墨烯籠罩在底下的氣體無法脫離時，泡泡便會形成。實驗人員利用光學顯微鏡觀察發現，這些結構非常穩定，大小從數十奈米到數十微米。為了證明這些泡泡可作為光學變焦透鏡，Novoselov等人模仿電晶體的架構，為它們添加了鈦/金電極，當閘極電壓增加時，泡泡的形狀從高度彎曲逐漸轉為平坦。
要製造出實用的透鏡僅需在石墨烯泡泡內注入高折射率液體，或以一層這類液體覆蓋泡泡。Novoselov表示他們已證明控制石墨烯泡泡曲率是件簡單任務，現正準備進行其他實驗以求在石墨烯上產生更複雜的可控制形變。詳見Appl. Phys. Lett. 99, 093103 (2011) 。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/47240
譯者:劉家銘(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
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