酞菁电沉积薄膜的制备及其非线性光学性质研究

论文摘要

酞菁配合物因其18 π电子的二维离域共轭体系大环结构而具有较好的三阶非线性光学性能,在光限幅、激光防护和光存储等领域具有潜在的应用前景。科学工作者们一直致力于研发具有较好非线性光学性能并且具有实用价值的材料。目前,关于酞菁非线性光学性质的研究大多基于溶液,而要想使酞菁材料在光学器件中得到应用,必须将其制备成薄膜固体材料,因此制备酞菁薄膜材料势在必行。采用电沉积法制备了正戊氧基、异戊氧基、吡啶氧基以及无取代系列金属酞菁及萘酞菁配合物薄膜,探讨了电压、时间和浓度等条件对材料沉积的影响,并采用紫外可见吸收光谱和原子力等手段对沉积情况及表面形貌进行了表征。采用分子级制膜技术静电自组装法制备了 CoPcTs/PDDA和ZnPc（COONa）4/PDDA的静电自组装薄膜,并用紫外、紫外偏振光、XRD和AFM等手段进行表征。正戊氧基、异戊氧基、吡啶氧基金属酞菁及无取代萘酞菁配合物电沉积薄膜未见文献报道。采用z-扫描法研究了酞菁电沉积薄膜的非线性光学性质,并得到一系列光学参数;将酞菁溶液与其电沉积薄膜的非线性光学参数进行对比,结果表明,电沉积薄膜的非线性吸收系数约是溶液的四个数量级,CoPcTs/PDDA薄膜的二阶分子超极化率是其相应溶液的50倍,ZnPc（COONa）4/PDDA薄膜的非线性吸收系数是其相应溶液的5个数量级,表明薄膜的非线性光学性能显著优于溶液。采用z-扫描法研究了酞菁溶液的非线性光学性质,获得了正戊氧基、异戊氧基、吡啶氧基以及无取代系列酞菁配合物的三阶非线性极化率和二阶分子超极化率,研究中心金属、周边取代基对于酞菁配合物非线性光学性质的影响;利用荧光光谱法和激光闪光光解法获得了一系列荧光寿命、荧光量子产率和三线态寿命等参数以研究其激发态性质,并探究其非线性光学机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 酞菁概述
• 1.2 金属酞菁配合物的合成方法
• 1.2.1 模板反应法
• 1.2.2 插入配位法
• 1.2.3 直接取代法
• 1.3 酞菁薄膜的制备技术
• 1.3.1 分子级制膜技术
• 1.3.2 非分子级制膜技术
• 1.4 酞菁电沉积薄膜的制备和影响因素
• 1.4.1 酞菁及其衍生物的质子化反应
• 1.4.2 成膜基本原理
• 1.4.3 酞菁电沉积薄膜的影响因素
• 1.5 酞菁的非线性光学性质与应用
• 1.5.1 非线性光学简介
• 1.5.2 酞菁非线性光学性质的测试方法及其机理
• 1.6 本课题的选题依据和研究意义
• 1.7 本论文的研究内容
• 第2章 酞菁配合物溶液的非线性光学性质及机理研究
• 2.1 酞菁材料的合成与表征
• 2.1.1 实验仪器与试剂
• 2.1.2 酞菁配合物的合成
• 2.1.3 酞菁配合物的表征
• 2.2 酞菁的非线性光吸收及光折射性质研究
• 2.2.1 酞菁溶液的z-扫描测试
• 2.3 酞菁的激发态性质研究
• 2.3.1 酞菁的单线态激发态性质研究
• 2.3.2 酞菁的三线态性质研究
• 2.4 酞菁溶液的非线性机理讨论
• 2.4.1 中心金属的影响
• 2.4.2 周边取代基的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 酞菁电沉积薄膜的制备及其非线性光学性质研究
• 3.1 酞菁电沉积薄膜的制备与表征
• 3.1.1 酞菁电沉积薄膜的制备原理
• 3.1.2 酞菁电沉积薄膜的制备
• 3.1.3 酞菁电沉积薄膜的表征
• 3.2 酞菁电沉积薄膜的非线性光学性质研究
• 3.2.1 酞菁薄膜的z-扫描测试
• 3.2.3 酞菁电沉积薄膜及其溶液的非线性光学性质对比
• 3.3 本章小结
• 第4章 酞菁静电自组装薄膜的制备及其非线性光学性质研究
• 4.1 CoPcTs/PDDA静电自组装薄膜的制备及非线性光学性质研究
• 4.1.1 CoPcTs/PDDA静电自组装薄膜的制备
• 4.1.2 CoPcTs/PDDA静电自组装薄膜的表征
• 4.1.3 CoPcTs/PDDA静电自组装薄膜的非线性光学性质研究
• 4/PDDA静电自组装薄膜的制备及非线性光学性质研究'>4.2 ZnPc（COONa）₄/PDDA静电自组装薄膜的制备及非线性光学性质研究
• 4/PDDA静电自组装薄膜的制备'>4.2.1 ZnPc（COONa）₄/PDDA静电自组装薄膜的制备
• 4/PDDA静电自组装薄膜的表征'>4.2.2 ZnPc（COONa）₄/PDDA静电自组装薄膜的表征
• 4/PDDA静电自组装薄膜的非线性光学性质研究'>4.2.3 ZnPc（COONa）₄/PDDA静电自组装薄膜的非线性光学性质研究
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢