石墨烯蛾眼：黑夜看清世界的仿生學(xué)科技

縱觀歷史，科學(xué)家在大自然中獲得了無(wú)數(shù)的靈感：從蝴蝶的翅膀中獲得顯示器開(kāi)發(fā)的創(chuàng)意，從壁虎的腳聯(lián)想到粘合劑，仿生學(xué)雖然已經(jīng)不是個(gè)新鮮的技術(shù)，不過(guò)它在石墨烯這個(gè)新材料領(lǐng)域之中起到了關(guān)鍵的作用。

對(duì)于許多光學(xué)器件來(lái)說(shuō)，光耦合效率是非常重要的，對(duì)于那些用來(lái)捕捉光的光點(diǎn)器件，特為尤甚，所以光反射涂層 (AR) 在這個(gè)領(lǐng)域有特別重要的意義。

光反射涂層是由折射率值不同電介質(zhì)材料層層堆疊起來(lái)的，不同的電介質(zhì)材料的厚度，就是決定光反射涂層能否在不同波長(zhǎng)的光中發(fā)揮作用的關(guān)鍵。通常情況下，使用真空技術(shù)堆疊在一起的光反射層較厚，不能夠滿足太空望遠(yuǎn)鏡等精密光學(xué)儀器的需求。

雖然現(xiàn)在的光反射涂層對(duì)于單一波長(zhǎng)的光的吸收效果比較好，但是仍然不能達(dá)到某些光電子器件的需求。如果我們想要開(kāi)發(fā)出像是「智能墻紙」這樣更高效的轉(zhuǎn)化日光為物聯(lián)網(wǎng)主機(jī)提供電力的智能科技產(chǎn)品，我們就需要更輕薄、轉(zhuǎn)化效果更好、造價(jià)更低的光反射涂層作為基礎(chǔ)。

在開(kāi)發(fā)納米級(jí)別的光反射涂層的過(guò)程中，蛾眼強(qiáng)大的光吸收能力給了科學(xué)家們靈感。蛾千百年來(lái)都在夜間活動(dòng)，它們的角膜不斷進(jìn)化，對(duì)光的捕捉效率不斷提高，這使它們能夠更好的躲避天敵，尋找食物。

科學(xué)家在蛾眼角膜中發(fā)現(xiàn)了一種納米結(jié)構(gòu)，并且仿照這種結(jié)構(gòu)排序做出了針對(duì)紅外圖像的微型放映裝置。

裝置中使用的材料為15nm的石墨烯疊層，解耦后仿蛾眼的納米結(jié)構(gòu)排列，就得到了超薄的光吸收層。這種吸收層可有效吸收從紅外線到紫外線的光，是能已知材料中能夠吸收同等范圍光波中最薄、效率最高的一種!

科學(xué)家們用計(jì)算機(jī)模型展示了石墨烯按照蛾眼結(jié)構(gòu)排列的超強(qiáng)光吸收能力：按照蛾眼結(jié)構(gòu)排列的石墨烯材料吸收光的能力是自由排列的五倍。將這種蛾眼排列的石墨烯材料涂在光反射涂層的表面，檢測(cè)光的反射情況。測(cè)試表明，該材料和蛾眼引導(dǎo)光的方式一樣，可以將光引導(dǎo)到光反射涂層上吸收。

科學(xué)家利用石墨烯為原料，通過(guò)DNA復(fù)制， 結(jié)合真空技術(shù)，制造出納米尺寸的「人工蛾眼」光吸收器，可以像真正的蛾眼一樣，高效率的吸收超寬范圍的光。除了納米級(jí)別的光吸收器，石墨烯蛾眼技術(shù)同樣也可以用于制造更大面積的薄膜。因?yàn)槭┒暄鄣闹圃爝^(guò)程，將石墨烯層的電子特性保留，從而與真空堆疊技術(shù)兼容，可以大幅度的降低生產(chǎn)成本，使得它能在很多領(lǐng)域使用。

總之，我們已經(jīng)跨過(guò)了最難一道坎，在蛾眼的啟示下，我們利用石墨烯材料制造出了具有同樣光捕捉能力的「石墨烯蛾眼」，并成功地將它運(yùn)用在紅外光電的MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))中。在接下來(lái)的研究中，科學(xué)家們將嘗試把這種技術(shù)應(yīng)用到更多的領(lǐng)域。

在未來(lái)智能系統(tǒng)之中，石墨烯蛾眼可以成為太陽(yáng)能電池的材料，使用在光子轉(zhuǎn)化為電子的區(qū)域內(nèi)，利用其強(qiáng)大的光吸收能力，幫助實(shí)現(xiàn)由光能到電能的高效轉(zhuǎn)化。石墨烯蛾眼將會(huì)驅(qū)動(dòng)智能技術(shù)的發(fā)展，這種太陽(yáng)能電池的應(yīng)用不局限在上文提出的「智能系統(tǒng)」中，它同樣可以應(yīng)用在其他的光學(xué)組件之中，如光反射涂層眼鏡、整流天線和光檢測(cè)設(shè)備。

基于該項(xiàng)技術(shù)，科學(xué)家們還計(jì)劃開(kāi)發(fā)低成本，大面積的能量采集材料和設(shè)備，如果成本足夠低廉，那么石墨烯蛾眼墻紙和石墨烯蛾眼熱水器就都會(huì)成為可能。據(jù)稱，科學(xué)家們接下來(lái)打算與公司進(jìn)行合作，讓更多的發(fā)展中國(guó)家能夠使用到由這種超薄高效材料制作的下一代設(shè)備。