1.1.2　光学性质

2008年，英国曼彻斯特大学Nair等人定义了石墨烯的光学透明度，悬浮石墨烯的不透明度只取决于其精细结构常数^[8]。其中，精细结构常数α为：

≈

（1.1）

式中，e为电子电荷量，c为光速，为约化普朗克常量（reduced Planck constant），且=h/(2π)，h为普朗克常量。

根据电导率G=e²/(4)，则石墨烯膜对入射光的透射率T和反射率R分别为：

（1.2）

（1.3）

特殊地，单层石墨烯的不透明度1−T≈πα。通过实验，可将石墨烯膜悬浮于亚毫米大小的Si孔上，测量其对白光的不透明度，单层石墨烯1−T=(2.3± 0.1)%，而R是非常微小的，几乎可忽略不计（小于0.1%），并且1−T随着薄膜的厚度的增加而增加，厚度每增加一层，1−T将增加2.3%，如图1.3、图1.4所示。

图1.3　单层、两层石墨烯膜对光的透射率[8]

图1.4　石墨烯膜对光的透射率[8]

由于石墨烯具有良好的透光性，2007年，新加坡国立大学Ni等人利用光路干涉测量原理，确定了吸附于SiO₂/Si基底表面的石墨烯层数^[9]。吸附于SiO₂/Si基底表面的1～4层石墨烯如图1.5所示。采用这种方法不仅可以获得准确的少层石墨烯膜层数，而且不会对石墨烯膜造成破坏。同年，英国剑桥大学Casiraghi等人通过白光照明与薄膜干涉测试表明，当石墨烯的层数从单层达到10层时，其反射率从0.01%上升到约2%^[10]。

图1.5　吸附于SiO₂/Si基底表面的 1～4层石墨烯^[9]

2010年，英国剑桥大学Bonaccorso等人在文献[11]中指出，在300～2500 nm波长范围内单层石墨烯对光的吸收光谱具有平坦性；并基于菲涅耳方程，推导出石墨烯的可见光谱透射率约为97.7%，而由于单层石墨烯的反射率约为0.01%，因此单层石墨烯的可见光谱吸收率约为2.3%。同年，美国纽约州立大学奥尔巴尼分校Nelson等人利用光谱椭圆对称法，研究了采用化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，CVD）制备的石墨烯的光学特性，在245～1600 nm波长范围内确定该薄膜的复折射系数约为1.5～3.5^[12]。这些工作为研究基于石墨烯材料的光学式或光纤式传感器性能及其影响规律提供了理论基础。