聚噻吩及其衍生物-石墨烯基納米復合材料的制備與光電性能研究.pdf

1、聚噻吩等共軛聚合物（conjugated polymer，CP）的三階非線性光學（non-linear optics，NLO）性能受到廣泛地關注，這是由于CP具有超快的響應時間、高的光損傷閾值、較大的非線性極化率和低的介電常數以及易加工等優(yōu)點。最近興起的碳族材料石墨烯具有量子霍爾效應，室溫下載流子容易遷移，比表面積較大，光學透明性良好以及熱電導率優(yōu)異等，在光電領域得到廣泛的研究并在高速光通信、光開關、光限幅等領域具有潛在的應用價值。納米

2、半導體材料在光電領域也應用廣泛。為綜合上述材料的優(yōu)點，合成了系列聚（3-己基噻吩）（P3HT）基高分子納米復合材料，研究了材料的NLO性能。
　　本研究主要內容包括：⑴以改進的Hummer法制備了氧化石墨烯（GO），分別以熱堿液和水合肼還原法制備了不同的還原氧化石墨烯（RGO）。研究表明，RGO的紫外吸收相對于GO出現紅移現象；GO被還原的程度越高，其熱穩(wěn)定性越好；RGO具有與 GO相似的非線性吸收特性，即在低入射能量下具有飽和吸

3、收（SA）特性，在高能量下具有反飽和吸收（RAS）特性，且還原程度高的RGO具有更好的SA特性。⑵以3-噻吩甲酸對酰氯化的GO（GO-Cl）進行修飾，合成中間產物GO-3-噻吩甲酸(GOT)，再以 FeCl3為氧化劑原位制備了聚（3-己基噻吩）接枝 GO（P3HT-g-GO）復合材料。GO增強了P3HT的熱穩(wěn)定性；P3HT-g-GO具有良好的光致電子遷移（PET）和NLO特性，其非線性吸收系數β為18cm/GW，相對于純 P3HT提高了

4、80％。P3HT-g-GO/PMMA薄膜的β值為-91cm/GW，是P3HT/PMMA（-22cm/GW）的4.13倍。⑶原位制備了P3HT-g-GO/CdS納米復合材料，其中 CdS粒子的尺寸在5-10nm之間，分散性較好。CdS增強了復合材料的熱穩(wěn)定性，降低了P3HT-g-GO/CdS的氧化電位（由 P3HT的0.75eV下降至 P3HT-g-GO/CdS的0.68eV）。同時，該復合材料具有良好的 NLO特性，THF溶液中的β值為

5、32cm/GW，相對于P3HT-g-GO提高了78%；PMMA薄膜中的β值為-96cm/GW。⑷原位制備了P3HT-g-GO/PbS納米復合材料，其中PbS粒子的尺寸約為10-20nm，分散性較好；P3HT-g-GO/PbS具有良好的電子/空穴分離效率，較大的氧化電位（0.78eV）和良好的NLO特性，其THF溶液的β值26cm/GW，相對于P3HT-g-GO（18cm/GW）提高了44%，而在PMMA薄膜中β值有所下降（-54cm/G