雷射搭檔氧化石墨烯，「鼓出」完美微氣泡

2020-10-13 科技工作者


原位光學顯微鏡下，微泡的產生和消除過程。

氧化石墨烯微泡透鏡聚焦的光子噴射。

氣泡雖小，卻能夠解決大問題。直徑1~50微米的微氣泡被廣泛應用於藥物輸送、生物膜控制、噴墨列印、水處理等領域。鑑於微氣泡具有重要應用價值，科學家們已經開發了多種製造微氣泡的方法，例如：壓縮氣流，將空氣溶解到液體中；超聲波在水中誘導氣泡產生等。然而，這些方法製備的微氣泡在液體中往往是隨機分散的，且極不穩定。

澳大利亞斯威本科技大學（SUT）、新加坡國立大學（NUS）和美國羅格斯大學（RU）的研究人員近日在《先進光子學》雜誌中發文，闡述了以飛秒雷射照射氧化石墨烯製造高質量微氣泡的方法。

研究人員使用的基底材料是氧化石墨烯。氧化石墨烯主要由含氧官能團修飾的石墨烯薄膜組成。因為氣體無法穿透氧化石墨烯，研究人員使用雷射局部照射它時，產生的氣體會被封裝在薄膜內，形成類似微氣泡的「氣球」。

SUT高級研究員、論文作者Han Lin說：「通過這種方式，我們可以藉助雷射很好地控制微氣泡位置，而且微氣泡可以隨意產生、消除。此外，我們可以通過調整輻射面積和輻射功率來控制氣體量。」

研究人員表示，光子學應用對微氣泡的位置、尺寸及穩定性都有極高要求，而通過該方法製備的高質量微氣泡可以完美滿足這些要求。

Lin等發現，氧化石墨烯薄膜的高度均勻性「催生」了具有完美球面曲率的微氣泡，可用作凹面反射透鏡。在展示實驗中，他們使用微氣泡凹面反射透鏡聚焦了光線，獲得了形狀良好的高質量焦點——甚至有望成為顯微鏡成像的光源。微氣泡反射透鏡還能將不同波長的光聚焦於同一焦點，且不產生色差。研究人員演示了微氣泡對超寬波段白光的聚焦，發現其性能同樣優越。

這一研究結果將在小型顯微鏡和光譜學領域起巨大作用。

SUT教授Baohua Jia教授評價道：「該研究不僅提供了可控微氣泡的簡易製作途徑，還將石墨烯微氣泡作為動態的高精度納米光子組件，集成到了微型晶片實驗室設備中。這對於高解析度光譜學和醫學成像等技術的發展具有重要意義。」

編譯：德克斯特 審稿：西莫 責編：陳之涵

期刊來源：《先進光子學》

期刊編號：2577-5421

原文連結：https://phys.org/news/2020-10-graphene-microbubbles-lenses.html

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