ZnS-MWCNTs復合材料的制備及其三階非線性光學特性研究.pdf

1、探究具有較大的三階非線性折射率和超快響應速度的非線性光學材料在光通信、光限幅器、以及全光開關(guān)等眾多光學器件方面具有重要的意義。目前研究比較熱的有半導體量子點、碳納米管、有機材料和金屬材料等。
　　碳納米管(CNTs)獨特的一維管狀結(jié)構(gòu)和特殊的物理化學性質(zhì)，使其在物理學、化學、生物學與材料科學等領域扮演著至關(guān)重要的角色。碳納米管獨特的一維π電子結(jié)構(gòu)和快速的非線性響應特性使其成為了研究工作者的一個研究熱點。半導體納米材料獨特的量子尺寸

2、效應使得半導體量子點表現(xiàn)出了不同的線性與非線性光學特性。受合成方法、制作工藝、尺寸大小的影響，同種半導體量子點在不同的條件下會表現(xiàn)出不同的非線性光學效應。因此，還需要細致的研究半導體量子點的非線性光學特性。半導體材料可以分散在有機聚合物中，從而被制作成薄膜，這種復合材料不僅可以表現(xiàn)出半導體量子點的非線性光學效應，還可以保持薄膜的可塑性特點，因此為材料的加工提供了方便。半導體材料還可以通過物理或者化學的方法與其他材料進行復合如碳納米管、石

3、墨烯等。由于這些材料都具有較強的三階非線性光學特性，因此修飾后的復合材料的三階非線性光學特性也是一個值得探究的課題。
　　本論文共分為五章，第一章緒論，主要對當前三階非線性光學的研究進展進行概括總結(jié)，然后介紹了非線性光學的發(fā)展，以及MWCNTs和半導體量子點的三階非線性光學研究進展；第二章論述了材料的非線性光學性質(zhì)的測量方法及原理，重點介紹了單光束Z掃描原理及計算方法；第三章研究了MWCNTs的純化實驗以及其三階非線性光學性質(zhì)；第

4、四章探究了ZnS半導體量子點的合成以及其三階非線性光學性質(zhì)；第五章通過實驗合成了不同濃度的ZnS量子點與MWCNTs的復合材料。在相同的濃度下對復合材料和體材料進行了 Z掃描測試并且討論了其三階非線性光學性質(zhì)的變化規(guī)律，最后是總結(jié)與展望。
　　本論文的主要內(nèi)容有：
　　第一，對 MWCNTs進行了純化實驗，實驗中采用強混酸腐蝕的方法對 MWCNTs進行了洗滌。通過對比MWCNTs的透射電子圖，以及元素含量能級譜圖，我們發(fā)現(xiàn)純

5、化后的MWCNTs表面光滑無其他顆粒存在，且從能級譜圖中也未發(fā)現(xiàn)有其他元素的存在。通過Z掃描測試，我們發(fā)現(xiàn)MWCNTs是一種自聚焦材料，具有飽和吸收特性。
　　第二，實驗中合成了尺寸為10 nm左右大小分布均勻的半導體量子點。實驗測得ZnS量子點是一種自散焦材料，具有雙光子吸收特性。研究表明：ZnS量子點的三階非線性極化率為3.06×10-12 esu，比MWCNTs高出了近10倍。
　　第三，采用化學吸附的方法在MWCNT

6、s表面包裹了ZnS半導體量子點。通過控制反應過程中各物質(zhì)的量的變化，合成了不同濃度的ZnS半導體量子點與MWCNTs的復合材料。在相同的測試濃度下，分別對復合材料、體材料進行了 Z掃描測試，結(jié)果表明：復合材料總表現(xiàn)出MWCNTs的飽和吸收特性和ZnS的負的非線性折射效應，且當S源與Zn源的濃度均為6.25×10-3 mol/L時，復合材料的三階非線性極化率達到最大值2.67×10-11 esu。與碳納米管相比，復合材料改變了其三階非線性