寬帶近紅外光
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-12-14
寬帶近紅外光的實例教程
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129271
近紅外（NIR）光譜技術可以基于700-1100nm光譜范圍內(nèi)C–H、O–H和N–H的特征吸收信號快速檢測有機成分。最近，有人提議在智能手機中使用小型近紅外光源來檢測肉類、水果和蔬菜的新鮮度和安全性。發(fā)光二極管（LED）具有對環(huán)境影響小、體積小、節(jié)能等優(yōu)點，是一種很有前途的智能手機光源。然而，（Al，Ga）As基NIR-LED的半高寬（FWHM）較窄，無法發(fā)射較寬的近紅外波段。因此，許多研究都圍繞著開發(fā)新型的由藍籌股激發(fā)的高效寬帶近紅外熒光粉展開。先前的研究已經(jīng)報道了許多基于稀土或過渡元素摻雜的氧化物熒光粉的近紅外發(fā)射材料。由于cr3+的最外層電子構型為3d3，cr3+離子在弱八面體晶體場中容易產(chǎn)生寬帶近紅外發(fā)射。利用該設計原理，制備了大量摻Cr~（3+）的寬帶近紅外發(fā)光氧化物熒光粉。大多數(shù)制造的NIR熒光粉具有優(yōu)異的發(fā)光性能，其在NIR-LED中的應用具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率。為了滿足大功率LED器件的應用要求，熒光粉必須具有良好的發(fā)射熱穩(wěn)定性。
展開 【圖文導讀】
圖1 近紅外光-橙光以及近紅外光-藍光的上轉(zhuǎn)換策略
圖2 近紅外光驅(qū)動的反應實例
圖3 近紅外光穿透介質(zhì)實驗
圖4近紅外光以及藍光的朗伯-比爾定律應用
文獻鏈接：Photoredox catalysis using infrared light via triplet fusion upconversion（Nature, 2018, DOI: 10.1038/s41586-018-0835-2）
本文由材料人學術組NanoCJ供稿，材料牛編輯整理。
圖4 803nm波長處的光學模式
技術創(chuàng)新與應用前景
4.1與現(xiàn)有技術的對比分析
將本研究結(jié)果與現(xiàn)有近紅外PeLED研究進行對比，其技術優(yōu)勢顯而易見。例如，Bai等人通過調(diào)控載流子傳輸和引入高折射率材料，實現(xiàn)了41.82%的光提取效率；而本研究通過純光學結(jié)構優(yōu)化，在相似波長范圍內(nèi)達到了42.89%的更高效率，且無需引入復雜的納米結(jié)構或新型材料，具有更好的工藝兼容性。
與傳統(tǒng)的光提取增強技術（如納米結(jié)構陣列、光子晶體等）相比，本研究提出的層厚度優(yōu)化策略具有明顯優(yōu)勢。首先，該方法基于平面結(jié)構，無需復雜的納米加工工藝，成本更低且易于規(guī)模化生產(chǎn)；其次，平面結(jié)構的器件穩(wěn)定性更高，避免了納米結(jié)構可能帶來的界面缺陷和可靠性問題。
4.2近紅外PeLED的應用場景展望
近紅外PeLED在諸多領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。在生物醫(yī)學領域，800-950nm的近紅外光具有良好的組織穿透性，可用于熒光成像、光動力治療和生物傳感器等。優(yōu)化后的高亮度、高效率近紅外PeLED有望成為下一代生物醫(yī)學成像設備的理想光源。
在通信與傳感領域，近紅外波段是光纖通信的常用窗口，高效率的近紅外PeLED可用于短距離光通信和環(huán)境監(jiān)測傳感器。此外，在夜視成像、激光雷達（LiDAR）和安防監(jiān)控等領域，近紅外PeLED也具有重要應用價值，其高亮度和低功耗特性可顯著提升設備性能。
結(jié)論：邁向高效近紅外光電子時代
本研究通過FDTD仿真指導的層厚度優(yōu)化與活性層吸收調(diào)控策略，成功將近紅外PeLED的光提取效率提升至42.89%，為PeLED的性能提升提供了一條簡單有效的技術路徑。從科學意義上講，該研究證實了通過精確的光學結(jié)構設計和材料特性調(diào)控，可以有效克服全內(nèi)反射限制，為高效光提取提供了理論和實驗依據(jù)。
展開 本文復現(xiàn)了論文《基于磁激元效應的石墨烯-金屬納米結(jié)構近紅外吸收研究》-陳浩 該篇論文中所有結(jié)果。
基于磁激元效應的石墨烯-金屬納米結(jié)構近紅外吸收研究.pdf
首先，模型如下
在半無窮大Ag襯底上有一層sio2，sio2上面有周期性的Ag納米顆粒，一束平面光從上往下垂直照射，作者發(fā)現(xiàn)在Ag納米顆粒上面鋪一層石墨烯，能大大提高對近紅外光波段的光的吸收。
首先 撇開石墨烯不談，這個模型是仿真超材料吸收方面的基礎中的基礎 ，即設計一個周期性的結(jié)構，然后計算該結(jié)構的吸收光譜。
本文的難點在于石墨烯的仿真。文中給出了通過計算石墨烯電導率，然后得到石墨烯的相對介電常數(shù)。具體如下圖
文中將石墨烯當做面材料處理，作者說由于石墨烯太薄，若當做體材料處理會大大增加計算量。
其實把石墨烯畫成體材料，然后手動用掃略去剖網(wǎng)格的話，并不會增加太多計算量。在下面的付費內(nèi)容中額外給出了把石墨烯畫成體材料的模型。把石墨烯處理成體材料或者面材料在本文模型中計算結(jié)果一致，如下圖。
以下是論文VS我復現(xiàn)的對比
1，首先對比有無石墨烯時候的吸收光譜
2，在吸收峰值處的磁場分布與損耗功率密度
3，改變多種參數(shù)，反復計算
4，石墨烯相對介電常數(shù)的虛部
下面是付費內(nèi)容，如下圖
展開 光合作用是我們大家都熟悉的，最近發(fā)現(xiàn)了一種新型的光合作用，利用近紅外光代替光合作用典型的可見紅光。大家看看是怎么回事吧！
光合作用
光合作用通常是指綠色植物（包括藻類）吸收光能，把二氧化碳(CO2)和水(H2O)合成富能有機物，同時釋放氧的過程。
近紅外光
近紅外光是介于可見光（VIS）和中紅外光（MIR）之間的電磁波，按ASTM（美國試驗和材料檢測協(xié)會）定義是指波長在780～2526nm范圍內(nèi)的電磁波。習慣上又將近紅外區(qū)劃分為近紅外短波（780~1100nm）和近紅外長波（1100~2526nm）兩個區(qū)域。
新發(fā)現(xiàn)
倫敦帝國理工學院的一項新研究描述了一種新型光合作用。科學家稱這項研究成果“涉及到改變我們對基本機制的理解”。此外科學家還指出，這一發(fā)現(xiàn)可能為比現(xiàn)有選擇更有效的基因工程作物鋪平道路。
根據(jù)這項研究，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新型的光合作用，利用近紅外光代替光合作用典型的可見紅光。
紅光光合作用涉及綠色色素葉綠素-a，其從紅光為植物收集能量。然而，研究人員發(fā)現(xiàn)，某些藍藻在近紅外光豐富的陰影區(qū)生長時不會利用葉綠素-a，轉(zhuǎn)而會利用葉綠素-f。這使得藍藻能夠在光線較暗的海岸巖石之類的地方生長。
研究人員此前已經(jīng)知道葉綠素-f的存在; 相反，這項研究揭示了它在一種新型光合作用中的應用，這種新型光合作用在近紅外光更容易獲得的環(huán)境中使用。研究人員將這種類型的光合作用稱為“超越紅色極限”，它對天體生物學具有很大啟發(fā)。
研究人員表示，天體生物學領域使用“紅色極限”來確定不同植物是否可能有復雜的生命形式。
該研究的首席研究員 Bill Rutherford教授表示，這一發(fā)現(xiàn)“正在改變教科書上的內(nèi)容。”
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寬帶近紅外光的相關專題、標簽、搜索
寬帶近紅外光的最新內(nèi)容
在光電子技術迅猛發(fā)展的今天，鈣鈦礦基發(fā)光二極管（PeLED）以其獨特的材料優(yōu)勢和廣泛的應用前景，成為學術界和產(chǎn)業(yè)界關注的焦點。這類器件不僅具備可調(diào)帶隙、高色純度和低溫制備兼容性等突出特性，在近紅外（NIR）光發(fā)射領域更展現(xiàn)出巨大潛力。然而，光提取效率（LEE）受限一直是制約PeLED性能提升的關鍵瓶頸。近期，一項發(fā)表于《Scientific Reports》的研究通過創(chuàng)新的層厚度優(yōu)化策略與活性層吸收調(diào)控技術
光源規(guī)格
OCT將干涉測量法與寬帶近紅外光結(jié)合使用。寬帶光源具有最佳的分辨率，而波長決定了光在樣品材料中的穿透深度。本例中，我們將使用中心波長為840 nm、FWHM為60 nm的光源，軸向分辨率為5μm：
本例超發(fā)光二極管的光譜特性也可以從商用超發(fā)光二極管中獲取。在超發(fā)光二極管發(fā)光過程，選用用于生物成像的常用波長和具有高分辨率的寬帶光源。
03
光源規(guī)格
OCT將干涉測量法與寬帶近紅外光結(jié)合使用。寬帶光源具有最佳的分辨率，而波長決定了光在樣品材料中的穿透深度。
光源規(guī)格
OCT將干涉測量法與寬帶近紅外光結(jié)合使用。寬帶光源具有最佳的分辨率，而波長決定了光在樣品材料中的穿透深度。本例中，我們將使用中心波長為840 nm、FWHM為60 nm的光源，軸向分辨率為5μm：
本例超發(fā)光二極管的光譜特性也可以從商用超發(fā)光二極管中獲取。在超發(fā)光二極管發(fā)光過程，選用用于生物成像的常用波長和具有高分辨率的寬帶光源。
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光源規(guī)格
OCT將干涉測量法與寬帶近紅外光結(jié)合使用。寬帶光源具有最佳的分辨率，而波長決定了光在樣品材料中的穿透深度。
本文復現(xiàn)了論文《基于磁激元效應的石墨烯-金屬納米結(jié)構近紅外吸收研究》-陳浩 該篇論文中所有結(jié)果。
基于磁激元效應的石墨烯-金屬納米結(jié)構近紅外吸收研究.pdf
首先，模型如下
在半無窮大Ag襯底上有一層sio2，sio2上面有周期性的Ag納米顆粒，一束平面光從上往下垂直照射，作者發(fā)現(xiàn)在Ag納米顆粒上面鋪一層石墨烯，能大大提高對近紅外光波段的光的吸收。
首先 撇開石墨烯不談，這個模型是仿真超材料吸收方面的基礎中的基礎
800nm附近的寬帶近紅外光
近紅外（NIR）光響應形變聚合物因其獨特的光響應形狀轉(zhuǎn)變及驅(qū)動性能在驅(qū)動器、軟體機器人、機械工程以及航空航天等領域有很好的應用前景。NIR光是一種可精確調(diào)控的刺激源，通過對光線的調(diào)控可以對光響應形變過程進行遠程精準控制。目前NIR光響應形變聚合物主要通過在聚合物網(wǎng)絡內(nèi)引入一定量碳納米管、石墨烯等具有光熱轉(zhuǎn)換效應的填料而制備得到，但該類方法面臨填料團聚等挑戰(zhàn)
近紅外光響應形狀記憶聚合物因其遠程控制等優(yōu)勢在光驅(qū)動器、光控微流體器件及生物醫(yī)學裝置等領域有著重要的應用前景。目前制備近紅外光響應形狀記憶聚合物的常用方法是將貴金屬納米顆粒等光熱轉(zhuǎn)化材料引入熱響應形狀記憶聚合物，但為了提高光熱材料在聚合物中的相容性一般需要采用表面改性、原位接枝等手段。同時傳統(tǒng)的貴金屬納米顆粒或石墨烯等材料均涉及復雜的合成過程
【引言】
近年來，光氧化還原催化領域在化學合成、聚合反應以及表面改性等數(shù)個方向都取得了引人注目的研究成果。這些反應都要求紫外或者可見光的刺激，然而這類光的輻射存在著難以克服問題。例如，可見光對大部分反應介質(zhì)的穿透能力低下，阻礙了大尺度反應的進行。此外，反應物還會對光進行競爭性吸收，限制了反應的適用范圍。因此，尋找合適的光源進行更加高效的光催化反應就成為了目前亟待解決的問題
