关键词： 有机晶体   石墨烯   红荧烯   并五苯   垂直光电晶体管  

摘要： 有机半导体单晶具有优异的电荷传输特性,且激子寿命长和扩散长度长,为制备高性能光电子器件提供了新的机遇。尽管在关键品质系数方面取得了显著进展,但目前报道的大多数有机器件的截止频率和响应度仍然落后。结合有机单晶的特点,本文在高性能有机单晶垂直光电探测器方面做了一系列研究。本论文的研究工作主要分为两个部分:1、我们采用简单的机械转移,将红荧烯和石墨烯进行垂直堆积构筑了基于红荧烯单晶的高性能宽带垂直光电晶体管。电学性能表征,器件的响应范围覆盖了从紫外到可见光的范围（300-650 nm）,该器件的-3 d B带宽≈18 k Hz,高光响应度高达10～5A/W,是目前报道最优异的性能之一。由于有机晶体的非对称肖特基接触和良好的光吸收,即使在超弱光辐射（≈114 fw）下也表现出良好的零偏置光响应。这种有机垂直光电探测器在大气环境下具有良好的稳定性,即使在没有任何形式的封装下,连续运行2个月后也未观察到性能退化。此外,利用该器件进行了单像素成像,试验证实了其在实际应用中的潜力。研究成果为制备超快、灵敏的有机光电探测器提供了一种有希望的策略。2、由于金电极会屏蔽掉栅极电场对有机半导体的调控,不利于栅压调控源电极改变与有机半导体层的肖特基势垒高度,所以我们通过简单的机械转移构筑了Gr/并五苯/Gr垂直光电晶体管,该器件显示出了更为优异的-3 d B带宽≈82 k Hz,表现出较高响应度8.8×10～4A/W,在不同的激光波长（375 nm～658 nm）下都展现出超快的响应速度,最快的上升时间可以达到～4.5μs,最快的衰减时间可以达到～5.5μs。由于并五苯的非对称肖特基接触和良好的光吸收,在弱光条件下有良好的响应速度,相较于红荧烯器件在0偏压下有更大的光电流产生。弱光子探测能力强,入射功率密度在25.5nw/cm2就可以探测到光响应。在零偏压下,其开路电压和短路电流分别为0.05 V和27 n A。在未封装的情况下,经过长时间的测试,器件的性能几乎没有明显退化。在自驱动光电探测器中展现出良好的应用前景。

关键词： 超级电容器   镍钴双氢氧化物   三维结构   石墨烯   活性  

摘要： 双氢氧化物（Layered double hydoxides,LDH）作为典型的电池型超级电容器电极材料,由于其具有高的比电容和良好的倍率特性,在超级电容器领域受到了广泛的关注。然而,NiCo-LDH的电化学性能与其化学成分、微观形貌密切相关。尤其是严重的材料团聚及在充放电过程中的结构坍塌,致使NiCo-LDH的循环稳定性较差,制约其实际应用。针对这一问题,本文通过调控NiCo-LDH的制备反应过程,构建了具有不同三维结构的NiCo-LDH,探究了其形貌、化学组成与电化学性能之间的关系,进而改善NiCo-LDH的循环稳定性能。 使用水热法制备NiCo-LDH电极材料,探索了不同镍/钴比例对材料微观形貌的影响。研究发现钴源的引入能够诱导NiCo-LDH形貌由实心球形向三维海胆状结构转变,并且随着钴源的增加,海胆状NiCo-LDH的毛刺增多。这种三维海胆状结构能够提供较大的体积膨胀空间和暴露更多的电化学活性位点。在三电极测试体系中,当电流密度为1 A g-1时,三维海胆结构的NiCo-LDH比容量可达224.56 m Ah g-1。即使电流密度高达10 A g-1时,其放电比容量仍能达169.44 m Ah g-1。与活性碳负极组装非对称超级电容器（NiCo-LDH//AC）展现出41.46 Wh kg-1和1750 W kg-1的高能量密度和功率密度,5000次循环后容量保持率为81.17%。 以六亚甲基四胺为碱源并做结构导向剂,制备了花状的NiCo-LDH。为了提升材料导电性,利用静电自组装技术在其表面包覆rGO。由于独特的三维结构以及良好的电子导电特性,从而保证了NiCo-LDH在充放电过程中快速的离子/电子输运。三电极测试体系中,花状的NiCo-LDH/rGO在10 A g-1的电流密度下的放电比容量仍能达到180.58 m Ah g-1,说明其具有优异的大电流放电特性。与自制的CNT@rGO复合凝胶组装的非对称超级电容器（NiCo-LDH//CNT@rGO）在108.26W kg-1功率密度下具有56.30 Wh kg-1的能量密度。同时在10 A g-1的电流密度下循环10000次,容量保持率为89.5%。 以ZIF-67为模板,通过自牺牲模板法制备了中空纳米笼结构的NiCo-LDH。其独特的中空结构不仅可以提供更多的电化学反应活性位点,而且更有利于电解液的输运。三电极测试体系中,中空纳米笼结构的NiCo-LDH在1、2、4、6、8和10 Ag-1电流密度下的比容量分别为466.14、427.91、413.67、385、347.8和314.99 m Ah g-1,表明其具有优异的倍率性能。与活性碳负极组装了非对称超级电容器（NiCo-LDH//AC）,当电流密度为1、2、4、6、8和10 A g-1的电流密度下,其放电比容量分别为119.7、123.7、110.32、106.03、100.97和96.3 F g-1。NiCo-LDH//AC器件在10 A g-1的电流密度下循环3000圈,其容量保持率67.33%。 基于以上研究,引入Al元素制备了具有典型的水滑石相的花状NiCoAl-LDH,进一步通过碱刻蚀,得到具有更多活性位点且含阳离子空位的NiCo Al-OH,提供了另一种增多活性位点的策略。研究发现,碱处理并未破坏NiCo Al-LDH的原有形貌,同时阳离子空位的引入进一步增加了电化学反应活性位点。三电极测试体系中,NiCo Al-OH电极在1 A g-1电流密度下具有259.46 m Ah g-1的比容量,循环10000次后,其容量保持率为94.13%,展现了优越的循环稳定性。与活性碳组装非对称超级电容器（NiCo Al-OH//AC）,在256.07 W kg-1的功率密度下,能量密度为68.54 Wh kg-1。

关键词： 深度学习   点云配准   牙冠形态设计   还原氧化石墨烯  

摘要： 三维传感器和计算机科学技术的发展,使口腔数据获取及诊疗已逐步实现数字化。随着数据处理新方法的问世,口腔数字化技术也不断迭代更新。口腔扫描仪通过将不同视角下点云信息采用ICP算法,完成数据之间的拼接,从而得到完整的口腔数字化模型。当存在大量噪声点时,配准容易陷入局部最优解。另外一方面,目前全瓷牙冠设计仍处于半自动化阶段,设计过程中需要大量的人为操作,且无法设计出满意的个性化牙冠形态,传统全瓷冠还存在硬度太高,弹性模量太大,导致牙体易破裂等不足。为了改善以上问题,本课题主要研究内容如下: (1)本研究通过使用PointNet和注意力机制模块提取点云的全局特征,利用GNN网络提取点云的局部特征。使用局部特征与全局特征相结合的方式,进一步获得牙齿点云数据的特征信息,对特征分别计算其对应特征信息的矩阵。在矩阵进行融合后,采用对应可信度计算模块,进一步降低噪声点带来的影响,提高牙齿点云之间部分到部分进行配准的鲁棒性。配准的旋转角度的绝对误差与均方根误差为4.21,4.36,平移的绝对误差和均方根误差分别为0.14,0.09。 (2)为了基于深度学习完成牙冠表面形态的设计,本研究进行了数据集的构建,并通过分阶段神经网络构完成牙齿表面形态的生成设计,首先对牙齿纹理进行第一阶段纹理生成设计,第二阶段通过使用掩码,减少预备体的近远中邻牙对目标冠的生成的影响,从而提升目标冠生成质量。图像生成的峰值信噪比为27.98,均方根误差0.06,图像的特征相似性为0.9989。 (3)本研究将不同比例的氧化石墨烯与氧化锆陶瓷粉末材料通过放电等离子烧结技术制备出还原氧化石墨烯基氧化锆陶瓷复合材料,通过采用扫描电子显微镜、EDS成分分析和XRD分析,维氏硬度测量对材料进行了微观结构分析和物理性能的测量,显示石墨烯能改善结晶和降低氧化锆全瓷材料的硬度。

关键词： 静电雾化   氧化石墨烯水基纳米流体   传热   摩擦   铣削  

摘要： 微量润滑(Minimal Quantity Lubrication,MQL),作为国内外研究较多的一种准干式切削方法,存在着如冷却性能不足和影响加工环境质量等问题。为解决上述问题,提出静电雾化切削理论。氧化石墨烯是石墨烯的氧化及剥离后的产物,因其氧化后,含氧官能团增多且更加活泼、无毒、易溶于水,在水中具有良好的分散性,能够形成稳定的胶束溶液。基于其出色的力学性能和作为碳基质的固体润滑材料基本结构单元,拟将氧化石墨烯加入水中制成水基纳米流体,开展氧化石墨烯水基纳米流体静电雾化的冷却润滑机理及其加工性能的研究。具体研究工作如下:1.氧化石墨烯水基纳米流体静电雾化的形态与荷电性能采用两步法,制备氧化石墨烯水基纳米流体,测量其相关物性。搭建试验平台,研究不同体积分数和流量的氧化石墨烯水基纳米流体的静电雾化特性,确定并获得稳定雾化形态的电压范围为-7.5 k V～-9 k V。在该范围内,测量雾化电流,计算雾化电流标准差,结果表明:在电压-8.5 k V、体积分数0.5vol.%和流量5ml/h的条件下,可以获得较好的锥射流形态;电压的增加,可强化液滴的荷电性能,在-8.5 k V时,荷电性能最优,但稳定性最差;流量与体积分数的增加,亦可强化荷电性能,在体积分数0.5vol.%和流量10 ml/h时,可获得最优的荷电性能以及较好的锥射流稳定性。2.氧化石墨烯水基纳米流体静电雾化的电润湿性能搭建带电液滴表面张力测试试验平台并进行试验,得到了液滴的表面张力随着电压的增加而减小的趋势,以及随体积分数增加,呈现先下降后上升的趋势。在电润湿测试平台上,进行电润湿试验,探究电压、体积分数以及流量对液滴润湿角的影响。结果表明:随电压增加,润湿角减小范围:2.71%～15.21%,电润湿性能提升;在流量为10ml/h时,体积分数为0.5vol.%的氧化石墨烯纳米流体的润湿角减小了22.18%,相比去离子水减小幅度最大。3.氧化石墨烯水基纳米流体静电雾化的摩擦性能在机床上搭建高速摩擦装置,进行以YG8硬质合金工件、45钢磨盘为摩擦副的不同氧化石墨烯水基纳米流体体积分数和流量的静电雾化摩擦试验,探讨了电压、体积分数和流量对氧化石墨烯水基纳米流体静电雾化减摩抗磨机制的影响。结果表明:电压的增加可以有效降低摩擦系数,减小磨损量,强化摩擦性能;适量的添加纳米颗粒以及中低流量时,可以获得较好的摩擦性能。4.氧化石墨烯水基纳米流体的静电雾化传热性能搭建传热装置,进行氧化石墨烯水基纳米流体静电雾化换热试验,并使用高速摄影机观测氧化石墨烯水基纳米流体的雾化形态与换热表面状态,分析了电压、体积分数和流量对氧化石墨烯水基纳米流体静电雾化传热性能的影响。结果表明:核态沸腾阶段换热效果最好,换热系数最高;低体积分数时,电压增加可有效强化换热;体积分数为0.1vol.%的纳米流体在15 ml/h时可以获得最高换热系数,换热性能最优。5.氧化石墨烯水基纳米流体静电雾化的切削性能使用硬质合金刀具在数控加工中心上进行钛合金的试切试验,探究电压、纳米流体体积分数和流量对切削力和切削温度的影响,结果表明:随电压增加,铣削力下降范围:6.22%～15.01%,铣削温度下降范围:10.12%～21.92%。在体积分数0.3vol.%和流量15 ml/h时,可以得到较低的铣削力与铣削温度。以优化切削力与切削温度为目标,采用正交试验优化试验参数,并确定参数组合为纳米颗粒体积分数0.3vol.%、流量5 ml/h和铣削速度353 m/min时,可以获得最佳的铣削力与铣削温度。

关键词： 化学气相沉积   石墨烯   双层石墨烯   三层石墨烯   多层石墨烯  

摘要： 石墨烯的能带在费米能级处呈现出狄拉克锥的结构特征,因而具有许多独特的光学、电学和力学等物理性能,使其在微电子领域具有广泛的应用前景。由于单层石墨烯是零带隙的半金属材料,这导致其在逻辑电路中无法实现开关功能。研究表明双层、三层或多层石墨烯的带隙在一定条件下能被打开,这使得石墨烯优异的电学性能可以被有效地调控和广泛地应用。即使石墨烯的层数相同,不同的层间扭转角度和堆叠方式同样也会影响石墨烯的性能和应用。高质量的叠层石墨烯通常都是由人工堆叠剥离的单层石墨烯来制备的,这极大地限制了石墨烯工业化制备的进程。化学气相沉积(CVD)法由于简便可控,在大面积、高质量制备石墨烯方面具有巨大优势。因此,本文采用CVD法通过调控生长温度、引入氧气、调控气流速度在液态铜衬底上可控制备了扭角的和不同层数的石墨烯,并研究了其生长机理。主要研究内容和结果如下:(1)扭角双层石墨烯在超导领域具有巨大的应用前景,然而常规的制备方法都是通过人工剥离单层然后堆叠实现,易造成界面污染,无法实现高质量的大量制备。本文开发了一种新方法,首次在常压条件下,在液态铜衬底上制备了具有大范围扭转角窗口的扭角双层石墨烯。当生长温度超过某一临界值时,在液态铜上取向生长的高质量单层石墨烯单晶的取向状态被打破,通过石墨烯单晶之间的旋转和相互插入得到了扭角双层石墨烯。该结果不仅提供了一种新的CVD制备扭角双层石墨烯的方法,同时也表明液态铜衬底是研究二维堆叠材料形成机理的理想潜在衬底。(2)三层石墨烯由于其在诸多前沿领域具有重要应用也受到了越来越多的关注,然而如何简单、高效地制备大尺寸的三层石墨烯单晶的研究却少之又少。本文采用CVD技术首次在液态铜衬底上简单地制备了大面积的多孔三层石墨烯单晶。在生长过程中创新性地引入氧气,利用氧气和高比例氢气的共同作用打破石墨烯在液态铜表面上“自限制”生长模式,实现了石墨烯沿垂直方向的均匀生长,在动态平衡的生长条件下得到ABA堆叠的三层多孔石墨烯单晶。(3)多层石墨烯在导电、导热等诸多领域的潜在应用不断涌现,然而在多层石墨烯的生长机理研究方面还存在许多问题。本文开发了一种简单的基于液态铜衬底制备层间耦合多层石墨烯的调控策略,通过调控CVD系统中载气的流速从而达到精细化调控碳源供给的效果,最终制备了不同形貌的层间耦合多层石墨烯。通过多种表征手段确定了层间耦合多层石墨烯的堆叠模式符合AB型堆叠。首次发现单层石墨烯下堆叠的小多层石墨烯现象,分别研究了带尾翼的和伞状的层间耦合多层石墨烯的生长过程及其生长机理。

关键词： 改性   光电探测器   二硫化锡   二硫化钨   石墨烯  

摘要： 二维材料与传统的块体材料相比,制备过程相对简单,表面不存在悬挂键并且具有独特的物理和化学特性,因而引起广泛关注。其中过渡金属硫化物（TMDCs）种类丰富,能带间隙可调,与光相互作用强,响应波段涵盖整个可见光到近红外范围。鉴于以上特点,TMDCs作为光吸收材料广泛用于光电探测器中。然而,本征TMDCs的物理特性通常不能满足特定的应用要求,因此有必要对它们的光电特性进行调控。本论文通过TMDCs的材料改性和异质结设计,实现了光电探测器的性能调控。 第一章简要介绍了二维材料光电探测器的研究进展和性能指标。第二章展示了本论文所用到的实验方法和实验仪器。第三章至第五章分别研究了氧等离子体处理、有机分子修饰、范德华异质结搭建对光电探测器的性能影响,内容如下: 第一,利用氧等离子体处理二硫化锡（SnS2）,对比了处理前后SnS2光电探测器的性能变化。研究发现,未处理的SnS2与电极表现为欧姆接触,输出曲线趋于直线。然而,氧等离子体部分处理SnS2,导致SnS2不同区域载流子浓度产生差异,形成了同质结,光电探测器出现了整流效应,开关比提高了三倍,并且等效噪声功率降低为原来的15%。该研究为其他二维材料使用等离子体改性,构建同质结提供了有效途径。 第二,利用有机分子修饰让二硫化钨（WS2）性能发生变化从而调控光电器件性能。本征的WS2器件,其输出曲线显示该材料本身具有光伏效应。有机分子修复材料缺陷后器件表现出光伏效应消失和电流的增加。优化分子种类有望提高光电器件的性能。 第三,在二硫化钨-石墨烯（WS2-Gr）光电探测器底部加入少层WS2,提高了光电探测器性能。光照下,底部WS2产生的光生载流子能注入到WS2-Gr光电探测器中,起到光栅极的作用,从而将光响应率提高了15倍、外量子效率提高了14倍、等效噪声功率降低了3个数量级。该研究表明在二维材料异质结中引入光栅极材料能够有效提高光电探测器性能。

关键词： 太赫兹波   石墨烯   三次谐波   耦合腔金属光栅  

摘要： 太赫兹波因其频谱区域处于近红外线和微波之间,所以具有很多独特的优异特性,被广泛应用在通讯、图像、计算以及传感等方面。利用新机制设计石墨烯太赫兹三次谐波器件,在太赫兹通信发展里程中具有重要意义。经过前期文章调研发现,目前大多数石墨烯太赫兹三次谐波系统中三次谐波增强比较低,或者阈值比较高,为了解决这两个问题,本文设计了两种石墨烯太赫兹三次谐波器件:一种是石墨烯条带光栅和一种金属耦合腔石墨烯光栅。设计了一种石墨烯条带光栅,首先描述了在衬底层上单石墨烯条带分布的在太赫兹频段上的光谱特征,然后给出了吸收光谱、反射光谱和透射光谱。然后研究了单石墨烯条带阵列的共振特性与三次谐波增强特性分析,石墨烯条带发生了强烈的共振产生一个明显的三次谐波。最后,分析了几何参数的变化对石墨烯条带光栅共振和三次谐波特性的影响,对应的三次谐波增强在10-5数量级。设计了一种双石墨烯条带耦合光栅,双石墨烯条带具有不同的费米能级,在约11THz频率处激发了不同阶石墨烯等离激元共振并发生近场强耦合,诱导产生ATS效应。与石墨烯条带光栅相比,共振被明显地增强,产生较强的三次谐波。然后分析了几何参数的变化对石墨烯条带光栅共振特性的影响。通过将石墨烯条带光栅扩展为具有近场强耦合的双石墨烯条带耦合光栅,近场强耦合会使共振增强,三次谐波增强得到了提升,对应的三次谐波增强可以达到10-4数量级。设计了一种金属耦合腔石墨烯光栅详细地分析了精巧设计时电磁诱导透明（EIT）共振透明增强型分布,劈裂时共振透明增强型分布,对应的三次谐波增强在10-4量级比较高。探究了石墨烯金属耦合腔宽度、高度、费米能级的变化对反射谱的影响,给出了基频电场分布和三次谐波电场分布。三次谐波电场有类似回音壁模分布。此外在入射的太赫兹波斜向入射时,信号衬比率迅速降低,类电磁诱导透明现象也逐步减弱,从而与第二章、第三章相比提高了产生三次谐波转换效率的能力。研究结果为设计可调谐太赫兹波石墨烯三次谐波器件提供新的思路。在精细的光学仪器、光通信设备、传感器等方面都有着潜在的应用前景。

关键词： 能源储存   超级电容器   石墨烯   海藻酸钠   过渡金属硫化物  

摘要： 人口的增长导致对能源的需求越来越大,可再生的清洁能源间断式供应不能满足人类的需求,因此,研发和制备高功率密度,高充放电速度的超级电容器刻不容缓。其中,柔性超级电容器受到了越来越多的关注。电极材料的选择是其是否具备优异电化学性能的关键。因此,对电极材料的探索和研发使其具备优异性能至关重要。海藻酸盐是一种自然界含量丰富的天然多糖。海藻酸钠作为海藻酸盐中最常见的一种,因其具有良好的稳定性、溶解性、粘度和安全性,已被广泛应用于食品工业、医学以及能源储存领域。本论文中,采用简单原位生长和高温退火法,以海藻酸钠作为基质,制备了Ce Co Sx-SA/GF双金属硫化物纳米复合材料作为超级电容器的正极材料。具体如下:(1)以海藻酸钠(SA)作为基质,与氧化石墨烯(r GO)混合,三聚氰胺泡沫(MF)作为载体,通过原位生长和高温退火法制备具有蛋壳结构的三维Ce Co SxSA/GF纳米复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的表面进行表征,印证了Ce Co Sx-SA纳米颗粒均匀分布在石墨烯片的表面,且石墨烯片均匀扩散并负载到MF骨架上。之后,借助电化学测试探究了该复合材料在作为超级电容器电极材料时的性能表现。其中,Ce Co Sx-SA/GF电极材料在1 A g-1的电流密度下展现出了873.3 F g-1的质量电容,高于其他对照组。并且Ce Co Sx-SA/GF电极材料展现出了优异的循环稳定性能(在高达8 A g-1的电流密度下经过了5000次循环测试后,依旧能保持87.1%的初始电容)。此外,Ce Co Sx-SA/GF电极材料与活性炭组装的全固态非对称超级电容器展现出了29.58 Wh kg-1的能量密度以及801 W kg-1的功率密度。三个该器件串联可点亮LED显示屏28分钟,也可点亮小灯亮三分钟。除此之外,还进行了力学性能测试,使用氢氧化钾(KOH)/聚乙烯醇(PVA)凝胶和Ce Co Sx-SA/GF纳米复合材料制备的高强度和柔性的Ce Co Sx-SA/GF/PVA/KOH复合薄膜电极可以以各个角度弯曲(0-180°),并可以扭折成各种形状,也可以提起500 m L(500g)和1000 m L(1000g)的塑料瓶,表明其在可穿戴和便携式电子设备领域具有巨大的应用潜力。(2)为进一步研究海藻基纳米复合材料在电化学储能领域的应用。以海藻酸钠作为原材料,通过静电纺丝、原位生长和高温退火的方法制备了Co S2@SNC-CF纳米纤维膜。通过静电纺丝制备的海藻酸钠纳米纤维膜具有大比表面积和高孔隙率等优点,经过碳化和硫化过程后仍能保持这些优点,可以增加电化学测试过程中活性物质与电解液之间的接触面积,从而提高电化学性能。该材料在1 A g-1的电流密度下表现出177.5 F g-1的比电容,在4 A g-1的电流密度下经过5000次循环仍具有81.3%的电容保持率。除此之外,使用Co S2@SNC-CF和KOH/PVA组装的柔性膜电极可以弯曲和扭折成各种角度,为其在柔性电子设备领域的应用提供了证据。

关键词： 二维材料   电磁诱导透明   等离子体诱导透明   慢光效应  

摘要： 电磁诱导透明(electromagnetically induced transparency,EIT)是一种存在于三能级原子系统中的量子干涉现象。这种现象表现为在传输曲线原来较宽的吸收区域中,会额外出现一个透明的窄带传输窗口,并且在窄带透明传输窗口范围内,传输曲线的相位会发生陡峭的改变。然而令人惋惜的是,严苛的实验环境,例如低温和高强度泵浦激光等,对电磁诱导透明现象在实际环境中的应用造成了极大的限制。为了解决这些问题,研究人员利用超材料在较简单的环境中实现了类电磁诱导透明(electromagnetically induced transparency-like,EIT-like)。在等离子体系统中被观察到的,类似原子系统电磁诱导透明的现象被称为等离子体诱导透明(Plasmon induced transparency,PIT)。基于目前的研究现状,本论文主要展开了以下工作:1.从理论和数值上实现了基于石墨烯的对称依赖性和偏振控制的多重等离子体诱导透明现象。超构表面的单元结构由堆积在电介质衬底上的两个反向放置的U形石墨烯纳米结构和一个矩形石墨烯环组成。通过改变入射光的偏振角度或者打破结构对称性,PIT透明窗口数量可以实现从1个增加到2个甚至3个。使用时域有限差分(FDTD)方法得到的电磁模拟结果与基于耦合模式理论(CMT)的理论结果吻合较好。研究了不同费米能级下的振幅调制度、插入损耗和透射谱群指数作为所设计的纳米结构的应用,证明了设计的超构表面结构具有良好的同步开关功能和多频率下的慢光效应。此外设计的超构表面可以作为具有优良性能的折射率传感器应用。2.在理论上提出了一种中心对称的基于石墨烯的实现偏振无关PIT效应的超构表面结构,该结构由位于中心的十字形石墨烯与周围环绕放置的四条石墨烯条带组成“卍”形结构堆叠在二氧化硅衬底上组成。该结构通过不同石墨烯部分之间的互相耦合而形成了双重的PIT窗口。当改变入射光的偏振方向,透明窗口的频率与幅度不发生改变,因此实现了与偏振无关的PIT效应。此外研究了石墨烯不同费米能级实现的光学开关应用并验证其圆偏振光不敏感特性,为设计光学开关器件提供了新的理论支撑。此外,该结构作为折射率传感器应用的灵敏度达到802.8μm/RIU,为设计大尺寸高性能折射率传感器提供了新的理论支撑。设计的超构表面在中红外光电器件上有潜在的应用前景,如光开关、光学调制器、折射率传感器和慢光器件等。