【科学综述】氧化石墨烯的物理性质和器件应用

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氧化石墨烯（GO）是一种含氧基团（主要为环氧基和羟基）功能化的石墨烯，由于其表面积大、物理化学性质优异、易于通过表面官能团与其他材料复合等优点，近十年来引起了人们的广泛关注。通常，氧化石墨烯是通过还原法大量生产石墨烯的重要原料。然而，在不同的条件下，氧化石墨烯中含氧基团的覆盖度、种类和排列方式可以变化，从而产生优异的、可控的物理性质，如可调的电学和力学性能、比石墨烯小的导热系数、优异的光学透明度、荧光特性和非线性光学性能。基于这些优异的性能，许多高性能的电子、光学、光电、热电器件都可以在氧化石墨烯的基础上实现。作者综述了该领域的研究进展，着重于原子结构、基本物理性质及相关器件的应用，包括柔性透明导体、场效应晶体管、电子和光学传感器、荧光猝灭剂、光学限幅器和吸收器、表面增强拉曼散射探测器、太阳能电池、发光二极管、热整流器等等。文章总结了已报道的氧化石墨烯重要物理性质与结构的依赖关系，期待更多通过改变氧化石墨烯结构参数实现特定性能的工作。

REVIEW ARTICLE

Xiao-Ming Huang, Li-Zhao Liu, Si Zhou, and Ji-Jun Zhao, Physical properties and device applications of graphene oxide, Front. Phys. 15 (3), 33301 (2020), arXiv: 1912.07956  (70 pages)

http://journal.hep.com.cn/fop/en/10.1007/s11467-019-0937-9

Physical properties and device applicationsof graphene oxide

Xiao-Ming Huang¹, Li-Zhao Liu^2,3,†, Si Zhou^3,‡, Ji-Jun Zhao³

¹School of Ocean Science and Technology, Dalian University of Technology, Panjin 124221, China

²School of Mathematical and Physical Sciences, Dalian University of Technology, Panjin 124221, China

³Key Laboratory of Materials Modification by Laser, Ion and Electron Beams (Dalian University of Technology), Ministry of Education, Dalian 116024, China

Corresponding authors.

E-mail: ^†[e-mail], ^‡[e-mail]

Contents1. Introduction2. Stability andmechanical properties of GO

2.1 Thermodynamic and kinetic stabilities

2.2 In-plane mechanics

2.3 Out-of-plane mechanics

3. Electronic propertiesof GO and electric devices

3.1 Electronic band structure

3.2 Transport property

3.3 Transparent and flexible electronic devices

3.3.1 Transparent conductors

3.3.2 Flexible devices

3.4 Field-effect transistors (FETs)

4. Thermal propertiesand thermoelectric devices

4.1 Thermal property

4.2 GO-based thermoelectric devices

5 Nonlinear optics

5.1 Saturable absorbers

5.1.1 Mode-locking

5.1.2 Q-switching

5.2 Reverse saturable absorption

5.3 Two-photon absorption

5.4 Optical limiting

6 Summary and outlook

◆【视频摘要】亚波长波导模式转换的瞬态过程研究：光学芯片中模式转换和太赫兹集成器件的新思路

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