Cdx-CdS-SiO2復合薄膜的電化學—溶膠凝膠法制備及其非線性光學性能研究.pdf

1、CdS基材料具有優(yōu)良的三階非線性光學性，并且制備簡單、性能穩(wěn)定，在光通訊、光信息處理等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，可應(yīng)用于礦山安全監(jiān)測、信息傳輸?shù)确矫妗ｋ娀瘜W-溶膠凝膠法結(jié)合了溶膠凝膠法和電化學沉積的優(yōu)勢，能夠方便地制備出高質(zhì)量的薄膜材料。論文采用相同的鎘源，不同的硫源，通過溶膠-凝膠法制備了兩種復合溶膠。分別以兩種復合溶膠為電解液，采用電化學方法在ITO導電玻璃基底上制備了高透明的Cdx/CdS-SiO2復合薄膜。不同硫源的選取可改變?nèi)苣z

2、中鎘源的存在形式，使鎘源轉(zhuǎn)變?yōu)镃dS或仍保持為Cd2+，從而達到改變復合薄膜組成的目的，希望能提高薄膜的三階非線性光學性。通過對薄膜微觀形貌和組成的表征，對薄膜的光學性質(zhì)、厚度的測試，和對薄膜的三階光學非線性的分析，取得了如下成果：
　?、乓粤虼阴０窞榱蛟矗韵跛徭k為鎘源，以正硅酸乙酯為硅源，通過溶膠-凝膠法制備了CdS-SiO2復合溶膠。采用循環(huán)伏安法研究了溶膠的電化學行為，分析表明復合溶膠在配制過程中硫代乙酰胺已將Cd2+全

3、部轉(zhuǎn)化成了CdS，Cd元素以CdS的形式進入薄膜。以硫脲為硫源，以硝酸鎘為鎘源，以正硅酸乙酯為硅源，通過溶膠-凝膠法制備了Cd2+-SiO2復合溶膠。循環(huán)伏安分析表明，電化學沉積時溶膠中有Cd2+的還原反應(yīng)，CdS通過Cd(NO3)2和CS(NH2)2共沉積生成。通過改變硫源，溶膠的組成及其電化學行為發(fā)生了改變。
　　⑵ SEM-EDS表征表明，兩種復合薄膜均由互相摻雜的100nm×10nm和25nm×10nm的納米束組成，薄膜組

4、成元素為Si、Cd、S、O。XRD表征表明兩種復合薄膜均含有CdS，以硫脲為硫源制備的復合薄膜中有金屬鎘摻雜。綜合CV實驗、EDS和 XRD表征結(jié)果，分析認為以硫代乙酰胺為硫源制備的復合薄膜為CdS-SiO2復合薄膜，以硫脲為硫源制備的復合薄膜為Cd/CdS-SiO2復合薄膜。成功通過對硫源的改變調(diào)控了薄膜的組成。
　?、?Cdx/CdS-SiO2復合薄膜在300nm~1100nm范圍內(nèi)透射率高、反射率低、對光具有弱的吸收。通過臺

5、階儀測量得到CdS-SiO2復合薄膜的厚度為37.8nm~52.1nm，Cd/CdS-SiO2復合薄膜的厚度為48.0 nm-310.5nm，薄膜厚度與電化學沉積條件有關(guān)。通過計算得到CdS-SiO2復合薄膜在1064nm處的吸收系數(shù)為2.39′106m?1~3.33′106m?1，Cd/CdS-SiO2復合薄膜在1064nm處的吸收系數(shù)為2.56′105m?1~3.59′106m?1。
　　⑷通過Z-scan法測試了薄膜的非線性

6、折射系數(shù)、非線性吸收系數(shù)和三階非線性極化率。分析得到，不同電化學條件下制備的Cdx/CdS-SiO2復合薄膜均具有飽和吸收特性的非線性吸收，和自散焦特性的非線性折射效應(yīng)。從開孔曲線和閉孔曲線的形狀可判斷Cdx/CdS-SiO2復合薄膜具有三階非線性光學性。結(jié)合薄膜的透射率、反射率等光學參數(shù)和薄膜厚度，通過Z-scan理論公式計算得到CdS-SiO2復合薄膜的三階非線性極化率為2.65′10-6 esu~5.42′10-6 esu，Cd/

7、CdS-SiO2復合薄膜的三階非線性極化率為1.62′10-6 esu~1.06′10-5 esu。其值穩(wěn)定達到或超過了文獻報道的最高值。對比發(fā)現(xiàn)，摻雜金屬Cd可提高薄膜的三階非線性光學性。
　?、煞治稣J為，Cdx/CdS-SiO2復合薄膜的三階非線性光學性來源于CdS和金屬Cd。CdS的非線性機理為共振非線性，非線性光學效應(yīng)大。CdS中S原子為二重配位，并且擁有兩個未成鍵的孤對電子，具有很快的非線性響應(yīng)。金屬Cd通過局域場理論和