小”氣泡可以解決“大”問題——直徑約1到50微米的微小氣泡有著非常廣泛的應(yīng)用：微泡可以用于輸送藥物、膜清洗、生物膜控制和水處理等，在微流體混合、噴墨打印、邏輯電路等微系統(tǒng)設(shè)備以及光子學(xué)光刻和光學(xué)諧振器等設(shè)備中也發(fā)揮著重要作用，同時(shí)對(duì)生物醫(yī)學(xué)成像和DNA捕獲和操縱等領(lǐng)域也有著不容忽視的貢獻(xiàn)。

鑒于微泡的一系列廣泛應(yīng)用，科學(xué)家們發(fā)明了一系列制備微泡的方法，包括將空氣壓縮溶于液體中，使用超聲波在水中制備氣泡，以及使用激光照射浸在液體中的基質(zhì)等。但這些方法產(chǎn)生的氣泡的分布不可控，且不穩(wěn)定。

斯威本科技大學(xué)轉(zhuǎn)化原子材料中心創(chuàng)辦負(fù)責(zé)人Baohua Jia教授說：“在那些要求高精度的氣泡位置和大小、高穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)中（比如在光學(xué)成像和光陷捕獲等光子學(xué)應(yīng)用中），以高位置精度制造出大小、曲度可控且穩(wěn)定的氣泡，是非常必要的?！?Jia教授還解釋道，目前非常需要一種可與當(dāng)前處理技術(shù)兼容的技術(shù)制造出可控、穩(wěn)定的微泡，以將氣泡集成到生物或光子平臺(tái)應(yīng)用中去。

石墨烯“氣球”

斯威本科技大學(xué)的Jia教授及其同事近期與新加坡國立大學(xué)、羅格斯大學(xué)、墨爾本大學(xué)、蒙納士大學(xué)的研究者們合作，發(fā)明了一種使用激光照射在玻璃表面上產(chǎn)生可精準(zhǔn)操控的石墨烯微泡的方法。該結(jié)果發(fā)表在Advanced Photonics上。

圖1 原位光學(xué)顯微圖像，展示了微泡產(chǎn)生和消除的過程

該小組使用的是氧化石墨烯材料，由涂有氧官能團(tuán)的石墨烯薄膜組成。由于氣體無法穿透氧化石墨烯材料，因此研究人員使用激光局部照射氧化石墨烯薄膜產(chǎn)生氣體，并將其封裝在薄膜內(nèi)，形成類似氣球的微氣泡。斯威本大學(xué)**研究員、論文**作者Han Lin解釋說：“以這種方式產(chǎn)生的微泡，位置可以由激光很好地控制，而且可以隨意產(chǎn)生和消除。同時(shí)，可通過激光輻射面積和輻射功率來控制氣體的數(shù)量，可以達(dá)到較高的精度?！彼a(chǎn)生的高質(zhì)量氣泡可用于對(duì)精度要求較高的光電、微機(jī)械設(shè)備中。

研究人員發(fā)現(xiàn)，由于氧化石墨烯薄膜具有高度均勻性，產(chǎn)生的微氣泡具有的球面曲率，可以用作凹面反射透鏡。研究人員在文中使用了凹面反射透鏡進(jìn)行了聚焦光線測(cè)試，論文中的結(jié)果顯示，透鏡所呈現(xiàn)的焦點(diǎn)形狀非常，甚至可以用作顯微鏡成像的光源。

Lin解釋說，反射透鏡也能夠?qū)⒉煌ㄩL的光聚焦在同一個(gè)焦點(diǎn)上，而不會(huì)出現(xiàn)色差。團(tuán)隊(duì)演示了微泡對(duì)超寬波段白光的聚焦，光源覆蓋可見光到近紅外范圍，結(jié)果顯示微泡具有同樣的高性能。此項(xiàng)結(jié)果將在小型顯微鏡和光譜學(xué)中起到重要作用。

Jia教授表示，該研究“為隨心所欲制備高度可控的微泡提供了一條新途徑，未來有望將石墨烯微泡作為動(dòng)態(tài)、高精度的高精度納米光子組件，集成到微系統(tǒng)設(shè)備中，將在高分辨率光譜和醫(yī)學(xué)成像方面發(fā)揮出巨大的應(yīng)用潛力。”

文章題為“Near perfect microlenses based on graphene microbubbles”。

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