银纳米粒子—有机硅杂化材料的制备及其光限幅性能研究

发布时间：2020-04-25 18:54

【摘要】：随着激光技术的发展和应用,对激光防护的需求日益增加,从而对光限幅材料的研究引起了广泛的关注。Au和Ag纳米粒子因其特殊的表面等离子体共振(SPR)可用于制备光限幅材料,并且各向异性的Au和Ag纳米粒子具有多个SPR吸收带,可以通过改变纳米粒子的形貌和周围介质的折射率来调节SPR的变化。其中,金属银是导热(电)性最好的金属纳米粒子,Ag纳米粒子具有较大的应用潜力,基于目前金属Ag纳米粒子在光限幅材料方面的国内外研究现状,本论文开展了银纳米粒子-有机硅杂化材料的制备及其光限幅性能研究。利用种子介导生长法制备了具有一定尺寸和形貌的Ag纳米粒子,并将所制备的Ag纳米粒子掺杂到疏水性有机硅橡胶材料中,研究了掺杂银纳米粒子的有机硅杂化橡胶材料的光限幅性能。本论文的主要研究工作如下:制备了不同粒径大小的球形Ag纳米粒子,并研究了这些Ag纳米粒子对纳秒激光的光限幅性能。研究表明,Ag纳米粒子在溶液中具有良好的光限幅性能,Ag纳米粒子的尺寸对光限幅性能存在一定影响。对球形银纳米粒子通过二氧化硅包覆制备了Ag@SiO_2核-壳结构的材料,实现了Ag纳米粒子在乙醇中的均匀分散,将Ag@SiO_2掺杂到聚二甲基硅氧烷(PDMS)橡胶中,制备了Ag纳米粒子-有机硅橡胶杂化固体薄膜材料,研究了它们对于波长为532 nm的纳秒激光的光限幅特性,并且通过开口和闭口Z-scan技术研究了非线性光学性质,结果表明,Ag@SiO_2掺杂的有机硅橡胶材料表现出较好的光限幅性能,光限幅性能的产生归因于非线性吸收和折射,Ag纳米粒子在固相中的光限幅性能优于液相中的光限幅性能。制备了三角形Ag纳米粒子并用二氧化硅包覆,将其掺杂到硅橡胶中获得了杂化橡胶材料,研究了它们对飞秒激光的光限幅性能,结果显示波长靠近SPR时,对飞秒激光的表现出更好的光限幅性能,光限幅性能产生的主要原因是由于非线性光学吸收。本论文工作对于开发基于银纳米粒子的防护不同波长、频率的光限幅器件具有重要意义。
【图文】：

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1.6.3.1 纯化学还原法纯化学还原法的原理是在水或非水溶剂中，采用适当的还原剂（如硼氢化钠、抗坏血酸等）与可溶性银盐 AgNO3反应，将 Ag+还原为 Ag，并生长成直径小于 10 nm 且粒径均匀的单质 Ag 粒子，通常需要加入分散剂来减少 Ag 粒子的团聚，并利用其对 Ag 纳米粒子特殊晶面的选择吸附来调节不同晶面的生长速度，从而更好的控制其形貌和粒径。纯化学还原法的优点是可以通过调控晶体成核和生长过程来制备不同形貌的纳米粒子。1.6.3.2 离子液体法离子液体是在室温或低温的情况下呈液态的有机盐。制备 Ag 纳米粒子的过程：Ag+首先被还原成 Ag0，在 Ag0聚集成纳米粒子时，由于新生成的 Ag 纳米粒子的表面能很大，容易在 Ag 纳米粒子表面形成一层离子液体的修饰层，同时离子液体包覆在 Ag 纳米粒子表面。这层离子液体的修饰层使得 Ag 纳米粒子粒径不再继续增大，从而阻止了银纳米粒子的团聚[66]。Dupont 等人[67]在咪唑类离子液体中合成出稳定的不发生团聚的银纳米粒子。离子液体法的优点是蒸汽压小、难挥发、无污染、可以重复使用和对无机/有机材料有良好的溶解能力。

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图 1.2 微乳液法制备银纳米粒子示意图Fig. 1.2 Preparation of silver nanoparticles in microemulsion1.6.4 银纳米粒子与聚合物复合材料1.6.4.1 纳米复合材料的发展1950 年美国专利[74]（US Patent 2531 396）首次报道了纳米复合材料。“米复合材料（Nanocomposites）”是指分散性大小为纳米级（一般为 1~100 nm的粒子，均匀分散在基体中且以聚合物为母体树脂的复合材料[75]。纳米复合料广泛存在于整个生物体中，其分类方法很多，，如果按照组分分类，纳米复材料可以分为三类[76]：聚合物/聚合物分子复合材料，聚合物/层状纳米无机复合材料，聚合物/纳米无机纳米粒子复合材料。将两种或两种以上的材料组在一起发挥其互补性能优势，从而满足社会生产需求的复合材料成为近年来泛研究的热点。
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TQ333.93

【参考文献】