书评:《碳纳米管和石墨烯的光学应用》

Carbon nanotubes and graphene for photonic applications
Shinji Yamashita, Yahachi Saito, and Jong Hyun Choi (Editors)
ISBN: 978-0-85709-417-9
Hardcover / E-book
432 pages
€190.00

书评人:美国麻省理工大学Mildred Dresselhaus教授 

碳纳米材料不仅具有研究价值还有许多潜在的实际应用,随着其受到的关注越来越多,这方面的书籍和综述类文章不断出现,集中展现了新的发现和与之前研究结果的联系。最近由Shinji Yamashita、Yahachi Saito和 Jong Hun Choi编写的, Woodhead出版社2013年出版的题为《碳纳米管和石墨烯的光学应用》的书册就是其中之一。

本书分为三部分。第一部分占将近30%篇幅,分为三个章节,主要讲述碳纳米管和石墨烯的光学性质以及制备方法,可以作为对这个领域的引入。第二部分占超过35%的篇幅,主要写碳纳米管和石墨烯在激光方面的应用。这部分较为专业,对于寻找激光相关应用的信息的读者更有价值。最后一部分也占有约三分之一的篇幅,关注于碳基光子学和器件为主的内容。

每一个章节都很全面地覆盖了相关研究工作,在章节后有相应参考文献。13个章节的作者来自不同国家,其中7个来自亚洲的研究机构(日本3名,韩国2名,中国1名,新加坡1名),3个来自欧洲的研究机构(法国、德国、英国各1),还有3名来自美国。本书没有用来说明此书的目的概述或简介、读者的背景或读者应该特别关注的内容,也没有结尾来总结关键点和该领域发展的展望。因此,非常欢迎对这个领域公认有贡献的编辑来做一些展望。

下面回到我个人对这本书的感受。我认为三个引入章节为碳纳米管、石墨烯和光学领域提供了一个很有用的介绍。由Einarsson and Maruyama编写的第2章涵盖了单壁碳纳米管和石墨烯的内容,甚至跟石墨进行了对比。且本章更关注于制备方法和在器件应用上的展望,因此我个人认为更适合作为第一章。本章覆盖的内容都是研究历史上有影响力的并且安排紧凑简洁,在有限的几页纸上尽可能地展现了很多有用的材料。另外,本章的结尾对石墨烯和碳纳米管的未来趋势作了有趣的展望。除此之外,第1章集中介绍了碳纳米管的光学和激子的性质。由Y. W. Song编写的第3章也讲述了碳纳米管和石墨烯用于锁模快速光学应用,展现了这些碳纳米结构在高功率操作和特别针对锁模光纤方面的前景。或许由于碳纳米管研究时间更长,发展碳管的应用有更多的机会。本书的第一部分讲述了将优化制备方法和为特殊光学需求制备样品联系起来,十分值得推荐。奇怪的是,本书第一部分中没有对双壁碳纳米管的重点介绍,然而如会议上经常提到的那样,双壁碳纳米管更好的机械性能可能使其总体上对于应用更为理想。

由巴黎CNRS 的Gaufrès等人撰写的第4章对于光增益、激光产生、光子学等进行了很好的总体介绍,从而为激光应用作了强有力的铺垫。由Martinez and Yamashita编写的第5章简要地综述了碳纳米管和石墨烯在光纤上的应用,充分展示了碳管应用的重要进展和石墨烯的应用前景以及目前还不长的发展历程,Cho和Rottermund的第6章也为碳管基大量固态激光器的应用证实了这个结论。第7章是一个长的理论篇章,对石墨烯的电磁非线性关系进行了阐述,表明它在谐波震荡、混频和倍频上的重要应用潜力。第8章又是一个关于碳纳米管非线性光电器件的实验段落,强调了将碳管合并到多功能设备平台的可能性。读者将得到关于何时碳纳米管对激光设备应用更有效而何时石墨烯更合适的有意思的总结。

本书以讲述碳基光电子学的五个章作结,展示了可能的纳米碳材料的应用的多样性。这里我们能看到普度大学的Baker等人编写的第9章中综述了碳管在不同种类的太阳能电池的应用,探究了他们不同的光学性质,包括在有机太阳能电池中作为活性层和电极材料的应用,得到的结论是碳纳米管将最终在光伏应用中具有很大竞争力。另一个在第10章中讨论的通用应用领域是化学传感和生物传感。除了光伏电池的应用,北京大学彭老师等人在第11章中更全面地探讨了碳纳米管在发光二极管中的应用和集成在纳米电子和光电器件中的潜力。第12章中剑桥大学的Wilkinson和Butt强调了复合碳纳米管-液晶纳米光子器件的潜在应用,其中液晶能够用来调节碳纳米管的性能。本书最后一章由Walden-Newman和Strauf编写,主要介绍基于独立的碳纳米管制备量子光源来激发沿着管方向的空间激子局域化。

虽然本书主要关注于现在的、还在发展中的碳纳米管的应用,其研究发展比石墨烯的时间更长,但是碳纳米材料领域的科研人员期望日后石墨烯的应用会日益受到重视。本书的读者可能期待看到更多对于每种碳纳米材料的应用前景的对比讨论,来了解这些碳纳米材料的商业化应用的最前沿的展望。

原文:MaterialsViews

翻译:宁静