Grafeen-nanostructuren hebben unieke eigenschappen waardoor ze infraroodlicht effectief kunnen opvangen. Hier ziet u hoe nanostructuren van grafeen kunnen interageren met infraroodstraling en deze kunnen opvangen:

Resonante absorptie: Grafeen-nanostructuren kunnen resonante absorptie van infrarood licht vertonen vanwege hun plasmonische eigenschappen. Plasmonen zijn collectieve oscillaties van vrije elektronen die kunnen worden opgewonden door invallend licht met specifieke frequenties. Wanneer de frequentie van infrarood licht overeenkomt met de resonantiefrequentie van grafeennanostructuren, leidt dit tot verbeterde absorptie. De resonante absorptie kan verder worden afgestemd door de grootte, vorm en rangschikking van grafeennanostructuren te regelen.

Oppervlakteplasmonresonantie: Surface Plasmon Resonance (SPR) is een fenomeen dat optreedt wanneer infrarood licht interageert met metaal-diëlektrische grensvlakken. Grafeen kan, omdat het een halfmetaal is, ook SPR ondersteunen. Wanneer infrarood licht een nanostructuur van grafeen raakt, wekt het oppervlakteplasmonen op, die zich langs het grafeenoppervlak voortplanten en een interactie aangaan met het invallende licht. Deze interactie leidt tot verbeterde absorptie en opsluiting van infrarood licht binnen de grafeen-nanostructuur.

Interbandovergangen: Grafeen bestaat uit een enkele laag koolstofatomen, gerangschikt in een hexagonaal rooster. De elektronische bandstructuur van grafeen vertoont een uniek kenmerk, de Dirac-kegel genaamd, die resulteert in massaloze ladingsdragers. Deze ladingsdragers kunnen van de valentieband naar de geleidingsband worden geëxciteerd door infraroodfotonen te absorberen. De interbandovergangen in grafeen bieden een ander mechanisme voor het opvangen van infraroodlicht.

Verbeterde interactie tussen licht en materie: De tweedimensionale aard van grafeen-nanostructuren maakt een sterke interactie tussen licht en materie mogelijk. Grafeen heeft een hoge verhouding tussen oppervlakte en volume, waardoor de kans op interactie tussen infraroodlicht en grafeenatomen groter wordt. Deze verbeterde licht-materie-interactie draagt ​​bij aan een efficiënte absorptie en opvang van infraroodstraling.

Instelbare eigenschappen: De eigenschappen van grafeennanostructuren, zoals hun grootte, vorm, dopingniveau en stapelconfiguratie, kunnen worden aangepast om hun interactie met infrarood licht te optimaliseren. Door deze parameters te engineeren, is het mogelijk om selectieve en efficiënte opname van specifieke infrarode golflengten te bereiken.

Door deze mechanismen te combineren, bieden grafeen-nanostructuren veelbelovende mogelijkheden voor het opvangen en gebruiken van infraroodlicht in verschillende toepassingen, waaronder thermische beeldvorming, infrarooddetectie, energieoogst en opto-elektronica.