有機玻璃-TiO2復合材料改性及其三階光學非線性研究.pdf

1、隨著納米科學與納米技術的發(fā)展，人們對有機/無機納米復合材料的要求越來越高，特別是聚合物-半導體納米復合材料。納米復合材料具有單獨的有機或無機材料以及宏觀的有機/無機塊體材料所沒有的一些光學、電學、熱力學以及機械方面的特性。復合材料能夠將有機聚合物的易加工、機械性能強、耐腐蝕性等優(yōu)點同無機TiO2納米微球的小尺寸效應、表面效應、量子效應和粒子形貌可控性等優(yōu)點集合起來，使復合材料具有更加優(yōu)良的性能。TiO2具有折射率大、載流子多等優(yōu)點，是開

2、發(fā)光學非線性的首選材料。本文主要研究聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和二氧化鈦(TiO2)復合材料改性和三階光學非線性增強，采用有效介質約化理論和表面增強電磁場理論解釋了納米復合薄膜的三階光學非線性增強。本論文的研究工作和成果如下：
　　利用表面活性劑乙酰丙酮改性納米粒子合成核-殼結構。通過“外位”溶膠-凝膠/聚合方法，制備了具有高濃度、分散均勻的TiO2納米粒子復合聚合物材料。確定了TiO2納米粒子與表面活性劑的最佳比例。傅立葉紅外

3、光譜(FTIR)分析表明乙酰丙酮的表面配位基已經成功地作用到TiO2表面和聚合物PMMA之間，得到了核-殼結構的納米復合材料。
　　利用有效介質理論研究了核-殼結構復合薄膜的線性和三階非線性光學性質。這種核-殼復合結構能夠將光場集中在無機TiO2球核以及周圍的有機殼層中，使得球核以及周圍的有機層的光場增強，納米粒子的極化也隨之增強，最終促進了三階非線性響應增強，為實驗工作提供了良好的理論依據。采用800nm飛秒激光，利用Z-掃描實

4、驗驗證了這種核-殼結構復合薄膜與無機TiO2薄膜相比三階非線性明顯增強。實驗結果表明TiO2納米粒子可以有效的調節(jié)復合材料的線性和三階非線性光學性質，在新型光子器件應用方面具有廣闊的前景。
　　采用三乙醇胺和乙酰丙酮混合表面活性劑對納米粒子表面改性，合成橢球體納米粒子。TiO2是極性半導體，對表面活性劑中極性更強的三乙醇胺有選擇性吸收。研究了不同TiO2濃度、不同橢球體納米粒子尺寸、形狀和周圍介質環(huán)境等因素對PMMA/TiO2納米