石墨烯海绵的光声效应.pdf

2014 年第 59 卷第 33 期:3329 ~ 3336 《中国科学》杂志社
专辑: 纳米碳材料论文. SCIENCE CHINA PRESS

石墨烯海绵的光声效应
易宁波, 肖培双, 吴英鹏, 张帆, 黄毅*, 陈永胜*
南开大学化学学院, 功能高分子材料教育部重点实验室, 纳米科学与技术中心, 天津 300071
* 联系人, E-mail: ******@nankai.; ******@nankai.
2014-06-22 收稿, 2014-08-11 接受
国家重点基础研究发展计划(2012CB933401, 2014CB643502)、国家自然科学基金(21374050, 51273093, 51373078)、长江学者和创新团队发
展计划(IRT1257)和天津市科技计划(13RCGFGX01121)资助

摘要探索了三维石墨烯海绵的光声效应. 由于其具有均匀的孔结构以及良好的吸光特性, 石关键词
墨烯海绵能产生均匀的光声信号. 通过研究石墨烯海绵在不同气体中的光声效应, 获得了所产石墨烯海绵
生的光声信号与气体性质的关系. 研究发现, 石墨烯海绵在不同频率(20~20000 Hz)范围内, 产光声效应
生的光声信号均具有良好的谐振性. 为了进一步解释石墨烯海绵的光声机理, 建立了相应的理理论模型
论模型. 这些结果为利用石墨烯材料在光声器件等方面的研究提供了有益的借鉴.


1880 年, Bell 首次发现了物体的光声效应[1~3]. 于光声材料的研究. 近些年来, 新型纳米材料碳纳米
光声效应是指光照射到物质之后产生声音的过程. 管和石墨烯的兴起, 使人们对这一古老现象产生了
经过多年的发展, 人们对气体、液体的光声效应已经新的兴趣. 例如, Kang 等人[12]利用单壁碳纳米管的
有了比较全面和理论化的了解[4~8], 从而使光声效应光声效应成功诱导了其在溶剂中的破裂. Kozlov 等
得到了广泛的应用. 但基于固体的光声效应, 不同的人[13]用 100~20000 Hz 的近红外激光照射多壁碳纳米
科学家提出了不同的假设, 存在一定的争论[6]. Bell[1] 管使其产生光声效应, 并与多壁碳纳米管的热声效
认为光声效应是由于物体被调制频率的光循环加热应进行了对比. 此外, 石墨烯作为一种新型二维碳材
和冷却, 固体孔中的空气被驱动而产生的. Rayligh[9] 料, 具有多种优异的物理性质[14~17], 因此有着非常
认为光声效应的产生源于固体的机械运动. Preece[10] 广泛的应用[18~20], 光声效应和其应用则是其中之一.
则认为这种效应是源于腔体中气体的膨胀和收缩. 例如, Boschetto 等人[21]利用光声效应研究了双层石
Mercadier[11]则认为光声效应是由于间歇发光产生轮墨烯和多层石墨烯的片内振动. Patel 等人[22]利用纳
流加热和冷却引起固体表面的气体层震动撞击产生米石墨烯得到了近红外的光声成像. Khodakovskaya
的. 经过一段时间的发展, 科研工作者提出了很多模等人[23]利用光声效应分析了碳纳米管、石墨烯与植
型来解释光声效应[6~8], 其中 Rosenc