半導體納米復(fù)合材料的三階非線性光學性質(zhì)研究.pdf

1、具有較大非線性折射率，超快響應(yīng)速度的三階非線性光學材料在全光開關(guān)、光限幅器、光計算領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用，因而引起了廣大科研工作者的關(guān)注。非線性光學材料比較多，目前研究的比較廣泛的有金屬材料、半導體材料、有機材料等等。
　　半導體納米材料由于其特殊的量子尺寸效應(yīng)，一直是非線性材料中研究的熱點。受合成方法，顆粒半徑，表面態(tài)等各種條件的影響，同種半導體納米材料的三階非線性響應(yīng)往往存在較大差異，有些非線性響應(yīng)機制有待更深層次的研究。半導體納

2、米材料可以分散在有機聚合物中，這種復(fù)合材料不僅具有半導體納米材料的非線性性質(zhì)，還可以發(fā)揮有機聚合物可塑性強的特點，進一步加工成器件。同時，半導體納米材料分散于有機物聚合物中，可以阻止納米材料間團聚現(xiàn)象的發(fā)生，改善材料性質(zhì)。半導體納米材料還可以通過物理途徑或化學方法修飾到一些其他的具有非線性性質(zhì)的材料表面，如石墨烯、碳納米管等。由于兩種材料同時存在非線性響應(yīng)，修飾后的復(fù)合材料可能對三階非線性響應(yīng)有所提升，獲得較大的非線性折射率。
　

3、　本論文共分為四章，第一章緒論部分對文獻加以描述，介紹了半導體納米材料的合成方法與半導體納米材料的性質(zhì)，特別是三階非線性性質(zhì)。介紹了碳納米管的發(fā)現(xiàn)背景，物理性質(zhì)，碳納米管的修飾及其在各領(lǐng)域中的應(yīng)用和三階非線性光學性質(zhì)。第二章介紹了三階非線性原理，產(chǎn)生非線性折射與非線性吸收的物理機制，重點闡述了Z掃描方法，詳細推導了Z掃描的數(shù)學過程，并對Z掃描的改進情況進行說明。第三章研究了兩種PbSe納米顆粒/有機聚合物的制備與非線性光學性質(zhì)。第四章探

4、討了CdS納米顆粒修飾碳納米管的方法，及材料的三階非線性光學性質(zhì)。
　　本論文的研究工作主要體現(xiàn)在如下幾個方面:
　　第一:應(yīng)用有機熱注入方法合成了粒徑分布良好，顆粒大小在10nm左右的高質(zhì)量PbSe納米顆粒，X射線衍射(XRD)顯示，合成的PbSe的晶相結(jié)構(gòu)是巖-鹽結(jié)構(gòu)。將合成的PbSe納米顆粒洗滌處理，分散于甲基丙烯酸甲酯中，經(jīng)過高溫預(yù)聚合處理，再進一步低溫聚合，最終得到復(fù)合膜材料。透射電鏡(TEM)顯示PbSe納米顆粒

5、在膜中分散性良好。用納秒Z掃描系統(tǒng)對材料三階非線性性質(zhì)進行測量，測得的三階非線性折射率n2為-1.62×10-8 esu，并從理論上計算了光熱效應(yīng)影響。(該工作已投稿《Chinese physicsB》)
　　第二:運用濕化學方法，在聚乙烯醇輔助下合成PbSe納米粒子，TEM顯示PbSe納米顆粒分散性良好，粒徑在10nm左右。蒸發(fā)溶劑后得到復(fù)合材料，掃描電鏡(SEM)顯示材料的表面比較平整。用皮秒Z掃描系統(tǒng)測量了材料的三階非線性光

6、學性質(zhì)，樣品的三階非線性折射率n2為-2.3×10-10esu。（該工作已被《光子學報》接收）。
　　第三:運用分子間作用力將CdS納米顆粒修飾到多壁碳納米管上，通過XRD，TEM對材料的晶體結(jié)構(gòu)及CdS納米顆粒在多壁碳納米管表面的分布狀況進行測試，結(jié)果表明CdS納米粒子尺寸分布在8nm左右，大部分納米顆粒被修飾到碳納米管的管壁上。利用紫外-可見光譜儀和熒光光譜儀對碳納米管和CdS修飾過的碳納米管的光學性質(zhì)進行測量。應(yīng)用皮秒Z掃描