In een nieuwe publicatie van Opto-elektronische vooruitgang , onderzoekers onder leiding van professor Han Zhang van de Universiteit van Shenzhen, Shenzhen, China, overweeg of boorkwantumdots het grafeen overtreffen in thermische eigenschappen.

De ontdekking van grafeen in 2004 opende de deur naar de mogelijkheden van tweedimensionale materialen. Sindsdien zijn er verschillende tweedimensionale materialen gerapporteerd, (zwarte fosfor, overgangsmetaalsulfiden, topologische isolatoren, MXene, enz.), maar grafeen wordt nog steeds veel bestudeerd vanwege zijn uitstekende opto-elektronische eigenschappen. De thermische geleidbaarheid van puur enkellaags grafeen met weinig defecten is zo hoog als 5300 W/mK, wat het meest potentiële thermische materiaal is dat bekend is. Omdat de eigenschappen van materialen nauw verband houden met hun atomaire structuur, kan de vraag worden gesteld of er nieuwe materialen zijn met thermische eigenschappen die die van grafeen overtreffen? Sommige onderzoekers hebben de niet-evenwichtige Greens-functie en de eerste-principesmethode gebruikt om te bewijzen dat de thermische geleidbaarheid van borofeen die van grafeen kan overtreffen, wat impliceert dat boor een hoog potentieel heeft voor thermische toepassingen. Vanwege de moeilijkheid om borofeen te fabriceren, er zijn tot nu toe geen relevante experimentele rapporten over de thermische eigenschappen. In dit huidige artikel De onderzoeksgroep van professor Han Zhang beschrijft de bereiding van boorkwantumstippen, en indirect de thermische eigenschappen van boormaterialen bewezen door thermo-optische schakelaars te combineren. De resultaten zijn met succes toegepast op het gebied van volledig optische modulatoren en lasertechniek. De experimenten van de auteurs bewijzen dat boormaterialen veelbelovend zijn voor fotothermische conversie en dat de thermische geleidende toepassingen die van grafeen overtreffen. Verdere onderzoeken naar de thermische eigenschappen van borofeen zijn gepland door de onderzoeksgroep.

De onderzoeksgroep van professor Han Zhang stelt de bereiding van boorkwantumdotmateriaal voor door middel van de vloeistoffase-exfoliatiemethode. De hoge resolutie elektronenmicroscopie en atoomkrachtmicroscopie werden gebruikt om de succesvolle voorbereiding van boorkwantumdots te bewijzen. De thermografie werd gebruikt om de fotothermische conversiekarakteristieken en de stabiliteit van de boorkwantumdots vast te leggen en te analyseren. Experimentele resultaten tonen aan dat boorkwantumstippen een uitstekende thermische stabiliteit hebben (Figuur 1a). De responstijd van de volledig optische modulator op basis van het thermo-optische effect hangt nauw samen met de warmteontwikkeling en thermische diffusie. De auteurs gebruikten deze methode om indirect de fotothermische eigenschappen van het boormateriaal te vergelijken met die van grafeen en realiseerden met succes de volledig optische fase- en intensiteitsmodulator. De stijg- en daaltijden van de volledig optische modulator op basis van grafeen zijn 9,1 ms en 3,2 ms, respectievelijk. In het experiment dat in dit artikel wordt beschreven, de stijg- en daaltijden van de volledig optische modulator op basis van boorkwantumdots zijn respectievelijk 1,1 ms en 1,3 ms (Figuur 1b). Dit bewijst dat de thermische eigenschappen van boorkwantumdots beter zijn dan die van grafeen, met meer onderzoeken die nodig zijn om verder te onderzoeken. Door de geconstrueerde volledig optische modulator toe te passen op de laserresonator, de optisch gestuurde Q-switched laserwerking wordt gerealiseerd. Vergeleken met de toepassing van akoesto-optische modulator en elektro-optische modulator in het laserveld, dit werk vertoont uitstekende monochromaticiteit (0,04 nm) en regelbare frequentie, die potentiële toepassingen heeft in niet-lineaire frequentieconversie en volledig optische communicatievelden.