反飽和吸收化合物制備及其激光防護光限幅性能的研究.pdf

1、隨著激光技術(shù)的迅猛發(fā)展，激光在軍事、醫(yī)療、加工等領(lǐng)域中的應(yīng)用不斷擴大，激光防護越來越受到人們的重視，現(xiàn)有的激光防護材料在可見光透過率、防護視角、防護波段范圍存在一定不足，為探索具有寬波段、高可見光透射率及快速響應(yīng)的光限幅激光防護材料，在分析了現(xiàn)有激光防護原理、激光防護技術(shù)和激光防護材料的基礎(chǔ)上，比較詳細(xì)地論述了非線性光學(xué)原理以及利用非線性光學(xué)原理的非線性折射、非線性散射、非線性反射、非線性吸收光限幅技術(shù)及材料種類，確定利用有機非線性材料

2、激發(fā)態(tài)反飽和吸收方案，結(jié)合Z掃描測試以三能級系統(tǒng)模型，通過粒子數(shù)速率方程，利用穩(wěn)態(tài)條件給出了非線性吸收以及非線性折射系數(shù)的表達式，討論了反飽和吸收材料激發(fā)態(tài)吸收的基本理論，并簡單介紹了基于激發(fā)態(tài)吸收的光限幅器件優(yōu)化理論。 本論文選擇了酞菁類和卟啉類化合物作為研究對象，分別合成了不同金屬配位，不同烷氧基以及不同種類含有軸向取代的12種金屬酞菁化合物以及四苯基卟啉和不同金屬配位的三種金屬卟啉類化合物。分別測試了金屬酞菁化合物和卟啉化

3、合物的元素分析、紅外光譜、核磁共振氫譜等，通過對結(jié)構(gòu)分析，驗證了化合物的分子結(jié)構(gòu)。我們將A——G七種酞菁類化合物和N——P三種卟啉類化合物分別摻入聚合物單體(MMA)中，通過澆鑄成型制備出反飽和吸收化合物/PMMA復(fù)合材料樣品；將H——L五種酞菁類化合物溶解在PMMA氯仿溶液中，通過提拉成膜方法制備了酞菁/PMMA復(fù)合薄膜材料樣品；將枯丁苯氧基碘代酞菁銦摻雜到亞克力樹脂中，通過注射成型制備出了摻雜酞菁的PMMA復(fù)合材料樣品；同時我們以四

4、叔丁基氯代酞菁銦/PMMA復(fù)合材料制備出了光限幅優(yōu)化器件。 我們測試了三種烷氧基酞菁鉛化合物(E、F、G)/PMMA復(fù)合材料的DSC曲線，可以看出酞菁化合物的引入能夠提高復(fù)合材料的玻璃化溫度，提高材料的耐熱性，同時可以看到由于酞菁化合物的低聚在復(fù)合材料的DSC曲線中出現(xiàn)了兩個玻璃化溫度。 對于注射成型樣品，我們進行了樣品斷面的SEM分析，可以看到所摻入的酞菁化合物能夠均勻地分散在聚合物基質(zhì)中，不存在團聚現(xiàn)象。 我

5、們測試了所制備化合物和材料樣品的紫外——可見光譜特性，通過對比七種烷氧基金屬酞菁化合物在氯仿溶液中及聚合物樣品的紫外——可見光譜，可以看到酞菁化合物具有明顯的B帶和Q帶吸收，并且Q帶吸收峰的位置會隨著共軛性取代基團及重原子的引入而發(fā)生紅移。在聚合物材料中，由于酞菁環(huán)的整齊排列及聚集作用，使吸收光譜變寬并向長波方向移動；卟啉化合物在400nm附近出現(xiàn)典型的Soret帶吸收，Q帶吸收在550nm附近；酞菁薄膜材料樣品紫外-可見吸收光譜B帶和

6、Q帶吸收峰位置與溶液及聚合物樣品類似。 我們用波長為532nm的YAG倍頻調(diào)Q脈沖激光以8ns的脈沖速率測試復(fù)合材料的反飽和吸收的光限幅特性，并使用現(xiàn)象學(xué)的方法對叔丁烷氧基酞菁鉛/PMMA復(fù)合材料和異戊烷氧基酞菁鉛/PMMA復(fù)合材料的光限幅現(xiàn)象進行了擬合，擬合結(jié)果與實驗結(jié)果基本一致。 我們對所制備的金屬卟啉化合物/PMMA復(fù)合材料樣品、金屬酞菁化合物/PMMA復(fù)合材料樣品、注射成型材料樣品及光限幅優(yōu)化器件材料樣品進行了反

7、飽和吸收性能的測試，可以看到金屬酞菁材料反飽和吸收性質(zhì)與金屬酞菁的結(jié)構(gòu)、摻入濃度及材料的制備方法有關(guān)，重金屬原子、軸向重原子及空間位阻大、共軛性強基團的引入可以提高金屬酞菁的反飽吸收性能。在材料制備方法上易于采用低溫、無活性物質(zhì)條件下制備。注射成型的金屬酞菁/PMMA復(fù)合材料相對于澆注成型的金屬酞菁/PMMA復(fù)合材料反飽和吸收性能有較大提高，并且相對于摻雜酞菁的PMMA薄膜材料樣品具有更大的損傷閾值，更接近實用化。金屬卟啉類化合物同樣具