含CdS納米粒子有機光折變材料的制備與性能研究.pdf

1、高性能敏感材料是光纖傳感的核心技術之一，新型光纖傳感敏感材料具有新的傳感機理，是新型光纖傳感器研制和應用的基礎。20世紀90年代后出現(xiàn)的聚合物光折變材料具有優(yōu)良的光折變性能，而且其加工性能優(yōu)良，可方便制備成薄膜等所需形態(tài)，將這一類極具潛力的光學敏感材料應用于光纖傳感器對相關待測量進行檢測，無疑會為光纖傳感領域帶來新的應用前景和發(fā)展。 本論文在國家自然科學基金重點項目(No.60537050)和有色金屬材料及其加工新技術教育部重點

2、實驗室開放基金的資助下(No.kfiij200507)，從基礎理論、材料設計、結構與性能等方面研究了一類新型的有機/無機納米復合光折變材料，旨在克服有機光折變聚合物對外加電場的依賴，將其用作光纖敏感材料，為研發(fā)新型光纖傳感器奠定基礎，同時這也對光折變聚合物的理論研究和實用化具有重要的意義。 本文進行的主要研究內容和取得的重要成果有： 一、從理論上對聚合物光折變材料的光折變光柵形成機制、結構與性能設計及檢測進行了深入的分析

3、；探討了光生伏打效應對空間電荷場的作用，為光折變聚合物克服對外加電場的依賴提供理論依據。 二、采用CdS納米粒子作為光折變聚合物的光敏劑，用物理和化學兩種復合方法制備有機/CdS納米復合材料，研究CdS納米粒子與聚合物之間的電荷遷移過程及其光電導性能，為光折變材料結構設計提供依據。 三、從分子水平上設計和優(yōu)化共軛體系具有推拉電子基團(D-π-A)結構的非線性光學生色團BMNPAB，探討其最佳反應條件，研究其能級結構、非線

4、性性能和增塑作用等，用以制備性能優(yōu)良的光折變聚合物。 四、采用主-客體設計方法制備兩種新型的PVK/BMNPAB/CdS和PVK-10-CdS/BMNPAB光折變體系。經極化后在無外加電場的情況下，物理復合PVK/BMNPAB/CdS體系獲得耦合增益系數(shù)Γ=31.7cm<'-1>；化學復合PVK-10-CdS/BMNPAB體系獲得Γ=50.0cm<'-1>和衍射效率η=4.2％，這是由于PVK與CdS的化學鍵合為二者間表面電荷遷

5、移提供了良好的界面，可進一步提高光生載流子的速度和數(shù)量以提高材料的光電導性能，進而提高光折變材料內部光致電荷場的形成速度和電場強度。與國內外已有報道有機/無機納米復合光折變材料在外加電場下獲得Γ值為幾～幾十cm<'-1>相比，兩種新型的光折變體系均表現(xiàn)出更好的光折變性能。 五、采用后功能法設計合成一種新穎的既具電荷傳輸分子又具有生色團雙功能聚合物PVNPAK。PVNPAK薄膜在未預先極化下，獲得有效二階非線性系數(shù)d<,eff>=

6、4.7pm/V的，提出了分子“自排列”取向效應。采用主．客體設計方法制備出新型PVNPAK/CdS/ECZ光折變體系，在有機．無機納米復合光折變材料研究領域中，首次報道在未預先極化和無外加電場下可獲得Γ=11.89cm<'-1>和η=3.2％，為光折變聚合物的實用化創(chuàng)造了條件。 六、采用化學原位復合法成功地將CdS鍵合到聚合物PVNPAK上，制備出新型的多功能PVNPAK-CdS/ECZ光折變體系。在未預先極化和無外加電場下，P