氧化石墨烯及钛酸盐纳米带的光限幅性能研究

论文摘要

随着激光的广泛应用,激光对人眼和精密光学仪器造成损害的威胁也日趋严重。相应地,以激光防护为目的光限幅材料研究备受关注。改善现有光限幅材料的使用性能,挖掘材料的非线性光学机理探索设计新型光限幅材料等相关研究成为当前材料学界研究的热点之一。本文首先通过改进的Hummers法制备出氧化石墨烯(graphene oxide, GO)和石墨烯液晶,并通过溶液共混的方式,获得GO/壳聚糖(chitosan,CS)复合材料,并采用提拉法制备成膜,研究了其光限幅效应及产生机理。其次,利用Z扫描技术测试分析了金/银纳米粒子修饰钛酸盐纳米带(titanate nanobelts, TNBs)的光限幅性能,并进行机理探讨。结果表明,随着入射能量的增大,GO悬浮液的光限幅性能逐渐增强随着悬浮液浓度的增大,光限幅性能明显提高：由于石墨烯液晶材料的线性光学透过率较低,未得到合理的非线性光学测试结果。对于GO/CS复合薄膜材料对其非线性光限幅效应进行测试与机理研究表明,CS基质中的小π电子系统与GO中的大π电子系统协同作用,较GO复合材料的非线性吸收效应增强,散射效应减弱。在不影响GO光限幅性能的基础上,将石墨烯材料成膜化、固态化,为石墨烯材料的器件化、实用化提供实验及理论基础。探索研究了TNBs及其表面修饰金/银纳米粒子的非线性光限幅性能后发现,复合改性后TNBs的光限幅阈值降低,光限幅效应显著提高；主要因为金/银纳米粒子与TNBs之间产生电荷/能量转移,使复合材料的光限幅效应进—步增强。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 石墨烯的研究进展
• 1.1.1 石墨烯的结构、性质及应用
• 1.1.2 石墨烯的制备
• 1.1.3 石墨烯高分子复合材料
• 1.2 光限幅材料的研究进展
• 1.2.1 光限幅机理
• 1.2.2 主要的无机光限幅材料
• 1.2.2.1 碳纳米材料
• 1.2.2.2 贵金属/半导体纳米颗粒
• 1.3 本论文的目的、意义及研究内容
• 第二章 氧化石墨烯液晶的制备及其光限幅性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 GO液晶的制备
• 2.2.1.1 试剂及仪器
• 2.2.1.2 实验步骤
• 2.2.2 组成结构测试与表征
• 2.2.2.1 傅里叶红外光谱（FT-IR）
• 2.2.2.2 X射线衍射分析（XRD）
• 2.2.2.3 紫外-可见吸收光谱（UV-vis）
• 2.2.2.4 透射电子显微镜（TEM）
• 2.2.2.5 偏光显微镜（POM）
• 2.2.2.6 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.2.3 开孔Z扫描测试系统
• 2.3 组成和结构分析
• 2.3.1 傅里叶红外光谱分析
• 2.3.2 X射线衍射分析
• 2.3.3 紫外-可见吸收光谱
• 2.3.4 透射电子显微照片
• 2.3.5 偏光显微镜照片
• 2.3.6 扫描电子显微镜照片
• 2.4 非线性测试分析
• 2.4.1 GO水溶液在不同能量下的Z扫描结果
• 2.4.2 GO水溶液不同浓度时的Z扫描结果
• 2.5 光限幅测试分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 氧化石墨烯壳聚糖复合薄膜材料的制备及其光限幅效应研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 样品制备
• 3.2.1.1 试剂及仪器
• 3.2.1.2 GO-CS复合膜的制备
• 3.2.2 组成结构测试与表征
• 3.2.2.1 透射电子显微镜（TEM）
• 3.2.2.2 紫外-可见吸收光谱（UV-vis）
• 3.2.3 开孔Z扫描测试系统
• 3.3 组成和结构分析
• 3.3.1 透射电子显微镜照片
• 3.3.2 紫外可见吸收光谱分析
• 3.4 非线性测试分析
• 3.4.1 不同掺杂浓度的GO-CS复合薄膜的Z扫描结果
• 3.4.2 GO-CS复合薄膜与GO水溶液的Z扫描结果
• 3.4.3 GO-CS复合薄膜在不同能量下的Z扫描结果
• 3.5 光限幅测试分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 Au和Ag纳米颗粒改性的钛酸盐纳米带光限幅效应研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 样品制备
• 4.2.2 组成和结构测试与表征
• 4.2.3 开孔Z扫描测试系统
• 4.3 组成与结构分析
• 4.4 非线性光学测试
• 4.4.1 三种材料的Z扫描结果对比
• 4.4.2 TNBs的Z扫描结果
• 4.4.3 Au-TNB的Z扫描结果
• 4.4.4 Ag-TNB的Z扫描结果
• 4.5 光限幅测试分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在学期间发表的学术论文