三维多孔石墨烯微观温度的可视化测量

来源：中国激光

Haoyan Jiang, Yaoyi Tang, Xiaohan Zeng, Ruiwen Xiao, Peng Lü, Lei Wang, Yanqing Lu. Visual measurement of the microscopic temperature of porous graphene based on cholesteric liquid crystal microcapsules[J]. Chinese Optics Letters, 2020, 18(3): 031201

近年来对于石墨烯性能的研究引起了极大关注。其中，三维多孔石墨烯不仅继承了二维石墨烯高电导率、高热导率和强化学稳定性的优点，而且由于其结构特点，具有高比表面积、高孔隙率和极好的弹性，在柔性电子、热能管理和催化加载等领域应用广泛。面对器件小型化、集成化和性能不断提升的要求，对其微观温度的测量是一个基础且迫切的问题。传统的温度探测器，如热电偶式、热电阻式、红外测温仪等，均存在测量精度上的不足。而新型基于碳纳米管、原子力显微镜、感温光纤和磁纳米颗粒等的微观测温系统普遍成本昂贵、结构复杂，实际应用受限。精确测量石墨烯的微观温度仍面临很多挑战。

近日，来自南京邮电大学和南京大学的研究人员提出了一种简单的可视化测量三维多孔石墨烯微观温度的方法。相关研究结果发表于Chinese Optics Letters 2020年第3期，并被主编选为封面文章。

研究人员利用一种对温度极灵敏的胆甾相液晶胶囊作为微观温度探测器，基于一颗微胶囊的颜色变化，可以得到20 μm区域内的温度，精度达0.1 °C；通过分析两颗微胶囊，得到了在大约110 μm范围内温度的动态变化；进一步对比三个液晶微胶囊的颜色演化，可以得到三维多孔石墨烯各项异性的微区热学特性。

基于CLCMs的多孔石墨烯微观温度测量可视化系统。插图：CLCMs在多孔石墨烯上的分布。

研究团队的王磊副教授表示：“胆甾相液晶胶囊作为一种微型热探测器，可以无接触探测其反射的波长。通过颜色的变化即可量化感知温度，不仅可以测量热平衡时物体微观的温度分布，而且还可以实时探测热动态过程。同时，三维多孔石墨烯本身会由于吸收可见光而呈现黑色，这非常有利于图像化测量液晶胶囊反射的各种颜色的光。”

目前的工作验证了基于胆甾相液晶胶囊实现三维多孔石墨烯微区域温度可视化测量的可行性。今后将进一步优化液晶胶囊的温度灵敏度和感温范围，定制化测量石墨烯的局域热学特性，对各种基于石墨烯器件的温度特性进行研究，从而优化设计、实现对石墨烯器件的高效热管理、提升器件整体性能。该方法也可用于其他二维、三维材料及器件的微观温度测量。