金纳米棒—有机硅杂化薄膜材料的制备及其光限幅性能研究

发布时间：2017-07-16 18:15

  本文关键词：金纳米棒—有机硅杂化薄膜材料的制备及其光限幅性能研究

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【摘要】：随着激光武器自动化程度的提高和短脉冲可调谐激光武器的的迅速发展,迫切要求研制新型的宽带、快速、高透的激光防护器件,因此用于激光防护的光限幅材料成为近几年来激光研究领域的一个热点。新型纳米光限幅材料如金、银等金属纳米粒子受到人们的关注,成为激光防护领域的一个研究热点。由于金属纳米材料的光限幅行为与其表面等离子体共振有关,而金纳米棒具有特殊的表面等离子体共振特性,其短轴共振吸收约为520nm,但其长轴的共振吸收具有宽范围的可调性,因此用于光限幅材料时可以实现对可调谐激光武器的防护。本论文通过控制硝酸银的量来制备不同长径比的金纳米棒,研究其表面等离子体吸收和光限幅性质;然后利用巯基封端的聚乙二醇(mPEG-SH)、二氧化硅对金纳米棒进行表面改性,使其在聚二甲基硅氧烷预聚体中具有良好的分散性;进而通过硫化制备金纳米棒杂化的有机硅橡胶薄膜材料,研究了杂化材料的非线性光学性质和光限幅性能,并对光限幅机理进行了分析。研究结果表明通过控制硝酸银的量可以制备出形貌良好、长径比不同的金纳米棒,金纳米棒的长径比在2.0-4.5之间;经改性后金纳米棒在有机溶剂和聚二甲基硅氧烷中具有良好的稳定性和分散性;经硫化作用制备的有机硅杂化薄膜具有良好的透光性和柔韧性并且改性后的金纳米棒在杂化薄膜中具有良好的稳定性;对于波长为532 nm的纳秒激光,掺杂金纳米棒的有机硅杂化薄膜均具有一定的光限幅特性,并且杂化材料的光限幅性能与所含的金纳米棒的浓度及金纳米棒的长径比具有一定的关系,金纳米棒的光限幅效应中激发态的载流子吸收(反饱和吸收)是产生光限幅性能的主要原因。对于690-1024 nm范围内可调谐波长的飞秒激光,如果复合材料在最大吸收峰之外的波段具有一定的吸收度,金纳米棒/有机硅薄膜就会在该波段同样会表现出较好的光限幅性能。本文工作将为开发新型(特别是宽范围)的固体光限幅器件提供研究基础,具有重要的理论和应用价值。
【关键词】：光限幅 金纳米棒 纳米复合物 光学非线性 有机硅
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-24
• 1.1 引言9-10
• 1.2 激光的发展和应用10-11
• 1.3 激光的伤害和防护11-13
• 1.3.1 激光对光电装置的伤害11
• 1.3.2 激光对眼睛的伤害11
• 1.3.3 激光对皮肤的伤害11-12
• 1.3.4 激光防护的方法和特点12-13
• 1.4 光限幅技术13-17
• 1.4.1 激光防护对光限幅材料的性能要求14-15
• 1.4.2 非线性光限幅材料研究现状15-17
• 1.5 金纳米棒的制备和应用17-19
• 1.5.1 金纳米棒的研究现状17-18
• 1.5.2 金纳米棒的制备方法18
• 1.5.3 金纳米棒的物理性质18-19
• 1.5.4 金纳米棒的化学性质19
• 1.6 纳米复合材料19-22
• 1.6.1 纳米复合材料的分类19-20
• 1.6.2 纳米复合材料的制备方法20-22
• 1.7 纳米复合材料的表征手方法22-23
• 1.7.1 紫外-可见光吸收光谱22
• 1.7.2 透射电子显微镜22
• 1.7.3 扫描电子显微镜22-23
• 1.8 论文选题目的、意义及主要研究内容23-24
• 第二章 金纳米棒的制备和表征24-33
• 2.1 引言24
• 2.2 实验部分24-26
• 2.2.1 实验原料、试剂及仪器24-25
• 2.2.2 金纳米棒的制备25-26
• 2.3 结果与讨论26-32
• 2.3.1 制备的金纳米棒的紫外可见光谱表征26-28
• 2.3.2 加入不同硝酸银的量对制备金纳米棒的影响28-32
• 2.4 小结32-33
• 第三章 mMPEG-SH对金纳米棒的表面改性及其光限幅测定33-49
• 3.1 引言33
• 3.2 实验部分33-37
• 3.2.1 实验原料、试剂及仪器34
• 3.2.2 金纳米棒的纯化34-35
• 3.2.3 mMPEG-SH对金纳米棒进行表面改性35-36
• 3.2.4 改性后金纳米棒的Zeta电位测定36
• 3.2.5 金纳米棒转移到有机相及其组装36
• 3.2.6 固体硅胶片的制备36-37
• 3.2.7 光限幅测定37
• 3.3 结果与讨论37-48
• 3.3.1 金纳米棒提纯后的紫外可见光谱表征37-39
• 3.3.2 金纳米棒/mPEG-SH偶联后紫外可见光谱表征39-41
• 3.3.3 改性后金纳米棒的Zeta电位测定41-42
• 3.3.4 金纳米棒相转移后的紫外可见光谱表征42-44
• 3.3.5 金纳米棒/mPEG-SH杂化硅胶片的紫外可见光谱表征44-47
• 3.3.6 金纳米棒溶胶的光限幅实验47-48
• 3.4 小节48-49
• 第四章 二氧化硅对金纳米棒的表面改性及金纳米棒/有机硅复合材料薄膜的制备49-63
• 4.1 引言49
• 4.2 实验部分49-51
• 4.2.1 实验原料、试剂及仪器49-50
• 4.2.2 金纳米棒的纯化50
• 4.2.3 金纳米棒的改性和相转移50-51
• 4.2.4 固体硅胶片的制备51
• 4.3 结果与讨论51-62
• 4.3.1 不同长径比的金纳米棒的纯化51-52
• 4.3.2 SiO_2对金纳米棒进行表面改性的紫外可见光谱表征52-59
• 4.3.3 金纳米棒相转移后的紫外可见光谱表征59
• 4.3.4 金纳米棒/有机硅杂化橡胶片的紫外可见光谱表征59-62
• 4.4 小节62-63
• 第五章 金纳米棒/有机硅复合材料薄膜的光限幅性能及Z-扫描63-78
• 5.1 引言63-64
• 5.2 实验部分64-67
• 5.2.1 光限幅实验装置的建立64-66
• 5.2.2 杂化材料薄膜的光限幅实验66-67
• 5.2.3 杂化材料薄膜的Z型扫描实验67
• 5.3 结果与讨论67-77
• 5.3.1 532nm激光照射下的光限幅实验67-71
• 5.3.2 可调谐激光照射下的光限幅实验71-77
• 5.4 小结77-78
• 结论78-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-85
• 攻读硕士学位期间已发表或待发表的论文目录85-86

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本文编号：549929