厦门大学二维材料与物性调控研究课题组在红外辐射领域取得新进展，相关成果以“Impact of Ionic Liquids on Effectiveness of Tuning the Emissivity of Multilayer Graphene”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上（ACS Applied Materials & Interfaces 2021, 13(22), 26256-26263。论文第一作者为硕士生黄煌和李俊肖，通讯作者为张学骜教授和张宇锋副教授。

在绝对零度以上的温度下，所有物质都会产生热辐射，其强度取决于材料的发射率(ε)以及表面温度(T)。控制物体热辐射，特别是红外波段的辐射，对于热管理、红外成像和传感技术以及红外伪装等应用十分重要。虽然已有研究利用相变材料、铁电材料、电致变色材料，或通过机械驱动、化学掺杂、静电门控方法实现了热辐射的动态调节[1,2]，但其实际应用仍面临许多挑战。

由于石墨烯能带存在线性色散关系，因此其在调控从可见光到红外光波段的光学响应方面显示出巨大的潜力。例如，根据泡利不相容原理，调控石墨烯费米能级可改变带间电子跃迁概率，从而控制其光学吸收/发射特性。近年来，已有研究使用离子液体作为掺杂源通过外加电场调控多层石墨烯的发射率[3]。然而，现有研究多局限于石墨烯层数、制备工艺等对于器件性能的影响，未充分考虑离子液体在此过程中的影响，阻碍了对器件性能的优化。

近期，厦门大学二维材料与物性调控研究课题组和军事科学院合作，制备了以离子液体为掺杂源的多层石墨烯发射率调制器（如图1所示），系统地研究了离子液体特性对调控石墨烯发射率的影响。研究表明，使用[EMIm]NTf2离子液体，器件的发射率调制深度可达0.52，比此前文献报道的最佳值高约21% [4]。通过对比研究发现，初始电压越低代表离子液体和石墨烯之间的反应势越小，使得电子越容易从离子液体转移到石墨烯，从而增大发射率调制范围，如图2(a)所示；离子液体数密度越大，表明其阴、阳离子尺寸越小，在输运过程中对于石墨烯结构完整性的破坏越小，从而延长了发射率调制器寿命，如图2(b)所示。该研究工作揭示了离子输运和电荷转移影响发射率调制器性能的机理，发现了制约器件性能的关键因素，为筛选适用于发射率调制器的离子液体提供了一定的标准，有力地支撑了相关器件的优化。

图1 （a）发射率调制器的结构示意图，（b）和（c）发射率调制器热像图

图2 (a)发射率调制深度与初始电压，(b)发射率调制器寿命与离子液体数密度的相关性

相关成果以“Impact of Ionic Liquids on Effectiveness of Tuning the Emissivity of Multilayer Graphene”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上（ACS Applied Materials & Interfaces 2021, 13(22), 26256-26263）。论文第一作者为硕士生黄煌和李俊肖，通讯作者为张学骜教授和张宇锋副教授。