有机-无机纳米复合光折变材料的合成与性能研究

论文摘要

光折变材料以其在光信息处理领域广阔的应用前景而倍受关注,有机-无机复合光折变材料因为在提高材料机械性能等方面有着明显的优势而成为研究的重点。近年来有机-无机纳米复合材料因为可能兼顾有机物和无机物的优点而逐渐发展成为有机-无机复合领域的一个重要的分支。因此有机-无机纳米复合光折变材可望在有机-无机功能互补,协同优化的基础上增加无机纳米材料的独特优点,在改变光折变体系电荷传输机制,提高体系光电导性能方面实现新的突破。本学位论文分析了国内外有机无机复合光折变材料的研究现状,根据目前有机无机纳米复合光折变材料研究中存在的问题,依照有机无机纳米复合光折变材料各功能组分的基本要求设计并制备了PVK-CdS/DMNPAT的有机无机纳米复合光折变材料,对各组分的合成表征以及光折材料的光折变性能做了较系统的研究。 本论文主要包括以下三方面的内容: （1） 采用重氮偶合法合成了偶氮染料DMNPP,并引入长链烷基-C4H9合成了另外一种重氮染料DMNPAT。并对二者的结构以及相应光折变体系的玻璃化温度以及极化处理中材料性能的改变进行了表征和测试。DMNPP熔点为173℃,对应光折变材料玻璃化温度为75℃;DMNPAT熔点83℃,对应光折变材料玻璃化温度为29℃,光折变材料的极化可以在室温下进行,极化前后非线性组分的含量没有明显的变化。 （2） 采用化学方法在PVK基体中复合了具有纳米粒径的半导体CdS粒子,复合材料中CdS纳米粒子分布均匀,粒径在15～25nm之间。用荧光光谱分析了化学复合方法制备的PVK-CdS体系与传统物理共混法制备有机-无机纳米复合体系的区别和优点,化学复合体系中PVK与CdS的键合一方面提高了材料的机械性能,一方面使二者间表面电荷发生迁移,克服了光折变体系中激发电子的再复合,提高了载流子的浓度和寿命,提高光折变材料内部光致电荷场的形成速度和电场强度,进而提高体系光折变材料性能。 （3） 设计并制备了PVK-CdS/DMNPAT的用于二波耦合实验的光折变样品,对样品进行了双光波能量耦合实验,在无需外加电场的情况下,两束出射光发生了能量转移,表明该材料具有光折变效应,且获得了86.24 cm-1的耦合增益系数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 光折变效应
• 1.2 光折变材料的研究进展
• 1.2.1 光折变材料的性能参数
• 1.2.2 无机晶体和半导体光折变材料
• 1.2.3 有机晶体、有机高分子光折变材料
• 1.2.4 有机-无机复合光折变材料
• 1.3 有机-无机纳米复合光折变材料
• 1.3.1 有机-无机纳米复合光折变材料的必备组分及相互能级关系
• 1.3.2 有机-无机纳米复合光折变材料的光导性及电光效应
• 1.3.3 外加电场对材料性能的影响
• 1.3.4 有机-无机纳米复合技术
• 1.3.4.1 纳米材料结构特性
• 1.3.4.2 半导体纳米粒子/聚合物复合材料的制备方法
• 1.4 课题研究的目的意义和内容
• 第2章 非线性分子的合成与表征
• 2.1 重氮偶合反应的基本原理
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器与试剂
• 2.2.2 甲基-4-（硝基苯偶氮基）苯酚（DMNPP）的合成
• 2.2.3 甲基-4-（硝基苯偶氮基）苯乙醚（DMNPAT）的合成
• 2.2.4 非线性分子的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 反应条件对重氮化反应的影响
• 2.3.2 反应条件对偶合反应的影响
• 2.3.3 非线性分子红外光谱表征
• 2.3.4 非线性分子紫外可见光谱分析
• 2.3.5 非线性分子改性对材料玻璃化温度的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 PVK-CdS有机无机纳米复合体系的制备与表征
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 仪器与试剂
• 3.1.2 化学复合 PVK-CdS纳米复合体系的制备
• 3.1.2.1 磺化剂的制备
• 3.1.2.2 PVK的磺化
• 3.1.2.3 离子交换
• 3.1.2.4 硫化制备纳米复合 CdS-PVK
• 3.1.3 物理掺杂 PVK-CdS复合体系的制备
• 3.1.4 PVK-CdS有机-无机纳米复合材料的表征
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 磺化反应前后 PVK的红外光谱分析
• 3.2.2 磺化 PVK的XPS分析
• 3.2.3 PVK-CdS纳米复合物的XRD分析
• 3.2.4 反应温度对磺化效率的影响
• 3.2.5 反应时间对磺化效率的影响
• 3.2.6 磺化反应对聚合物基体（PVK）电子结构的影响
• 3.2.7 PVK-CdS纳米复合体系 CdS纳米粒子实际含量分析
• 3.2.8 磺化程度对 CdS纳米粒径及分布的影响
• 3.2.9 不同制备方法 PVK-CdS纳米复合体系荧光性能分析
• 3.2.10 化学法复合纳米 CdS粒子对光电导性能的影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 光折变样品的制备和性能测试
• 4.1 光折变样品的制备
• 4.1.1 仪器与试剂
• 4.1.2 光折变薄膜的制备
• 4.1.3 光折变薄膜电晕极化处理
• 4.2 材料的光折变性能测试
• 4.2.1 二波耦合原理
• 4.2.3 二波耦合实验
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 双光波能量藕合
• 4.3.2 二波耦合增益
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录