有機(jī)玻璃-TiO2復(fù)合材料改性及其三階光學(xué)非線性研究.pdf

1、隨著納米科學(xué)與納米技術(shù)的發(fā)展，人們對有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合材料的要求越來越高，特別是聚合物-半導(dǎo)體納米復(fù)合材料。納米復(fù)合材料具有單獨(dú)的有機(jī)或無機(jī)材料以及宏觀的有機(jī)/無機(jī)塊體材料所沒有的一些光學(xué)、電學(xué)、熱力學(xué)以及機(jī)械方面的特性。復(fù)合材料能夠?qū)⒂袡C(jī)聚合物的易加工、機(jī)械性能強(qiáng)、耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)同無機(jī)TiO2納米微球的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子效應(yīng)和粒子形貌可控性等優(yōu)點(diǎn)集合起來，使復(fù)合材料具有更加優(yōu)良的性能。TiO2具有折射率大、載流子多等優(yōu)點(diǎn)，是開

2、發(fā)光學(xué)非線性的首選材料。本文主要研究聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和二氧化鈦(TiO2)復(fù)合材料改性和三階光學(xué)非線性增強(qiáng)，采用有效介質(zhì)約化理論和表面增強(qiáng)電磁場理論解釋了納米復(fù)合薄膜的三階光學(xué)非線性增強(qiáng)。本論文的研究工作和成果如下：
　　利用表面活性劑乙酰丙酮改性納米粒子合成核-殼結(jié)構(gòu)。通過“外位”溶膠-凝膠/聚合方法，制備了具有高濃度、分散均勻的TiO2納米粒子復(fù)合聚合物材料。確定了TiO2納米粒子與表面活性劑的最佳比例。傅立葉紅外

3、光譜(FTIR)分析表明乙酰丙酮的表面配位基已經(jīng)成功地作用到TiO2表面和聚合物PMMA之間，得到了核-殼結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料。
　　利用有效介質(zhì)理論研究了核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜的線性和三階非線性光學(xué)性質(zhì)。這種核-殼復(fù)合結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒐鈭黾性跓o機(jī)TiO2球核以及周圍的有機(jī)殼層中，使得球核以及周圍的有機(jī)層的光場增強(qiáng)，納米粒子的極化也隨之增強(qiáng)，最終促進(jìn)了三階非線性響應(yīng)增強(qiáng)，為實(shí)驗(yàn)工作提供了良好的理論依據(jù)。采用800nm飛秒激光，利用Z-掃描實(shí)

4、驗(yàn)驗(yàn)證了這種核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜與無機(jī)TiO2薄膜相比三階非線性明顯增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明TiO2納米粒子可以有效的調(diào)節(jié)復(fù)合材料的線性和三階非線性光學(xué)性質(zhì)，在新型光子器件應(yīng)用方面具有廣闊的前景。
　　采用三乙醇胺和乙酰丙酮混合表面活性劑對納米粒子表面改性，合成橢球體納米粒子。TiO2是極性半導(dǎo)體，對表面活性劑中極性更強(qiáng)的三乙醇胺有選擇性吸收。研究了不同TiO2濃度、不同橢球體納米粒子尺寸、形狀和周圍介質(zhì)環(huán)境等因素對PMMA/TiO2納米