半導(dǎo)體納米復(fù)合材料的三階非線性光學(xué)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(xué)材料在全光開(kāi)關(guān)、光限幅器、光計(jì)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(xué)材料比較多，目前研究的比較廣泛的有金屬材料、半導(dǎo)體材料、有機(jī)材料等等。
　　半導(dǎo)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(diǎn)。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(dǎo)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(jī)制有待更深層次的研究。半導(dǎo)體納

2、米材料可以分散在有機(jī)聚合物中，這種復(fù)合材料不僅具有半導(dǎo)體納米材料的非線性性質(zhì)，還可以發(fā)揮有機(jī)聚合物可塑性強(qiáng)的特點(diǎn)，進(jìn)一步加工成器件。同時(shí)，半導(dǎo)體納米材料分散于有機(jī)物聚合物中，可以阻止納米材料間團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生，改善材料性質(zhì)。半導(dǎo)體納米材料還可以通過(guò)物理途徑或化學(xué)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(shí)存在非線性響應(yīng)，修飾后的復(fù)合材料可能對(duì)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(duì)文獻(xiàn)加以描述，介紹了半導(dǎo)體納米材料的合成方法與半導(dǎo)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(xué)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(jī)制，重點(diǎn)闡述了Z掃描方法，詳細(xì)推導(dǎo)了Z掃描的數(shù)學(xué)過(guò)程，并對(duì)Z掃描的改進(jìn)情況進(jìn)行說(shuō)明。第三章研究了兩種PbSe納米顆粒/有機(jī)聚合物的制備與非線性光學(xué)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(xué)性質(zhì)。
　　本論文的研究工作主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:
　　第一:應(yīng)用有機(jī)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(guò)高溫預(yù)聚合處理，再進(jìn)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(duì)材料三階非線性性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得的三階非線性折射率n2為-1.62×10-8 esu，并從理論上計(jì)算了光熱效應(yīng)影響。(該工作已投稿《Chinese physicsB》)
　　第二:運(yùn)用濕化學(xué)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(cè)量了材料的三階非線性光

6、學(xué)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(xué)報(bào)》接收）。
　　第三:運(yùn)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(guò)XRD，TEM對(duì)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(jìn)行測(cè)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(jiàn)光譜儀和熒光光譜儀對(duì)碳納米管和CdS修飾過(guò)的碳納米管的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量。應(yīng)用皮秒Z掃描