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영국 맨체스터 대학 국립 그래핀 연구소의 연구진은 가시광선을 포함한 전체 전자기 스펙트럼을 포괄하는 고유한 조정 범위를 가진 광학 장치를 개발함.

이 장치는 일렉트로 인터컬레이션(electro-intercalation)으로 알려진 프로세스에 의해 조정되며, 이 경우 리튬 이온이 다층 그래핀(MLG) 시트 사이에 삽입되어 전기적, 열적 및 자기적 특성을 제어할 수 있음.

MLG 장치는 가시광선에서 마이크로파 복사까지 광학 투명도가 90% 이상인 저밀도 폴리에틸렌 파우치에 적층되고 진공 밀봉됨.

충전(인터컬레이션) 또는 방전(디인터컬레이션) 중에 MLG의 전기적 및 광학적 특성이 크게 변하는데, 방전된 장치는 가시 영역에서 상단 그래핀 층의 높은 흡수율(>80%)로 인해 어두운 회색으로 보임. 장치가 완전히 충전되면(~3.8V) 그래핀 층이 금색으로 나타남. 달성 가능한 색 공간은 박막 간섭과 같은 광학 효과를 사용하여 빨강에서 파랑까지의 범위를 포함하도록 강화될 수 있음.

이전 연구에서는 단일 및 다층 그래핀을 사용하여 마이크로파, 테라 헤르츠, 적외선 및 가시광선의 특정 파장 범위에서 장치를 조사했음. 그러나 가시광선으로 커버리지를 확장하면서 더 긴 파장에서 광학 활동을 유지하는 것이 장치 구조의 혁신을 필요로 하여 광학 장치와 전기화학 셀을 통합하는데 있어 기존의 어려움을 극복해야 하는 과제였음.

연구진은 광학 장치로 그래핀 기반 리튬 이온 배터리를 사용했고, 그래핀의 전자 밀도를 제어함으로써 이제 동일한 장치에서 가시광 파장에서 마이크로파 파장까지 빛을 제어할 수 있음.

이러한 장치는 적응형 광학에서 열 관리에 이르기까지 다양한 분야에 응용될 수 있음.

본 연구 성과는 Nature Photonics ("Multispectral graphene-based electro-optical surfaces with reversible tunability from visible to microwave wavelengths")에 게재됨.