氧化石墨烯塊體材料的人工合成最早在1859年由牛津大學科學家Brodie實現(xiàn)。自從2004年單層石墨烯合成引發(fā)二維材料的研究井噴式增長以來，二維氧化石墨烯薄膜的研究也隨之廣泛開展。和石墨烯相比，氧化石墨烯材料結(jié)構(gòu)中除了含有正六邊形的碳環(huán)外，還有許多的含氧官能團如羥基（-OH）、羧基（-COOH）及碳氧雙鍵（=O）。這些含氧官能團的比例可以通過物理或者化學方法進行調(diào)節(jié)，從而進一步調(diào)節(jié)氧化石墨烯的材料帶隙和性質(zhì)。此外，氧化石墨烯的合成可以在溶液中進行，這使得其合成相較于其他二維材料的化學氣相沉積合成更加簡便，適合大規(guī)模的器件制備和工業(yè)開發(fā)。因氧化石墨烯薄膜具有以上優(yōu)異的特性，迅速引起了科研工作者們的關(guān)注，被廣泛應(yīng)用到于太陽能電池、水凈化、傳感器、顯示成像，造紙，光學非線性及DNA檢測等諸多領(lǐng)域。

石墨烯和氧化石墨烯的對比

從工業(yè)開發(fā)和器件制備角度，盡管二維材料成為科研熱點，但是大多數(shù)二維材料受限于合成方法的制約，只能通過機械轉(zhuǎn)移的方法引入微納尺度的集成器件，這使得其很難在器件層級實現(xiàn)材料厚度和尺寸的精確控制，從而大大限制了其在實際工程中的應(yīng)用。相較于其他二維材料，氧化石墨烯的制備可以利用自組裝的方法實現(xiàn)了氧化石墨烯薄膜在硅和二氧化硅襯底上的大面積、高均勻性沉積。該沉積方法可以實現(xiàn)單層氧化石墨烯薄膜（厚度約2 nm）的逐層沉積，從而實現(xiàn)對厚度的精確控制。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合半導體器件中的標準光刻和剝離制備工藝可實現(xiàn)其尺寸和位置的精確控制。此外，通過調(diào)節(jié)氧化石墨烯中含氧官能團的數(shù)量，可以調(diào)節(jié)材料的化學，電學及光學性質(zhì)，進而滿足實際應(yīng)用中的不同需求。

斯威本科技大學團隊 總結(jié)歸納了近年來氧化石墨烯薄膜在集成光學器件中的應(yīng)用，首先總結(jié)對比了氧化石墨烯和石墨烯的光學特性，包括線性光學性質(zhì)和非線性光學性質(zhì)。然后，詳細介紹了氧化石墨烯的化學合成和片上集成制備，并介紹了多種調(diào)控含氧官能團的方法。在此基礎(chǔ)上，分類總結(jié)了含有氧化石墨烯薄膜的集成光學器件，包括太陽能吸收器、光學透鏡、全息顯示、起偏器、傳感器、克爾光學非線性器件、飽和吸收光學器件、發(fā)光二極管、光電探測器等。最后，對氧化石墨烯薄膜在集成光學器件中未來的發(fā)展方向進行了展望。

這一成果近期發(fā)表在 Advanced Materials上，斯威本科技大學講師 吳佳旸博士為該論文的第一作者，斯威本科技大學 賈寶華教授和 David Moss教授為共同通訊作者。

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