含CdS納米粒子有機光折變材料的制備與性能研究.pdf

1、高性能敏感材料是光纖傳感的核心技術(shù)之一，新型光纖傳感敏感材料具有新的傳感機理，是新型光纖傳感器研制和應(yīng)用的基礎(chǔ)。20世紀90年代后出現(xiàn)的聚合物光折變材料具有優(yōu)良的光折變性能，而且其加工性能優(yōu)良，可方便制備成薄膜等所需形態(tài)，將這一類極具潛力的光學(xué)敏感材料應(yīng)用于光纖傳感器對相關(guān)待測量進行檢測，無疑會為光纖傳感領(lǐng)域帶來新的應(yīng)用前景和發(fā)展。 本論文在國家自然科學(xué)基金重點項目(No.60537050)和有色金屬材料及其加工新技術(shù)教育部重點

2、實驗室開放基金的資助下(No.kfiij200507)，從基礎(chǔ)理論、材料設(shè)計、結(jié)構(gòu)與性能等方面研究了一類新型的有機/無機納米復(fù)合光折變材料，旨在克服有機光折變聚合物對外加電場的依賴，將其用作光纖敏感材料，為研發(fā)新型光纖傳感器奠定基礎(chǔ)，同時這也對光折變聚合物的理論研究和實用化具有重要的意義。 本文進行的主要研究內(nèi)容和取得的重要成果有： 一、從理論上對聚合物光折變材料的光折變光柵形成機制、結(jié)構(gòu)與性能設(shè)計及檢測進行了深入的分析

3、；探討了光生伏打效應(yīng)對空間電荷場的作用，為光折變聚合物克服對外加電場的依賴提供理論依據(jù)。 二、采用CdS納米粒子作為光折變聚合物的光敏劑，用物理和化學(xué)兩種復(fù)合方法制備有機/CdS納米復(fù)合材料，研究CdS納米粒子與聚合物之間的電荷遷移過程及其光電導(dǎo)性能，為光折變材料結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)。 三、從分子水平上設(shè)計和優(yōu)化共軛體系具有推拉電子基團(D-π-A)結(jié)構(gòu)的非線性光學(xué)生色團BMNPAB，探討其最佳反應(yīng)條件，研究其能級結(jié)構(gòu)、非線

4、性性能和增塑作用等，用以制備性能優(yōu)良的光折變聚合物。 四、采用主-客體設(shè)計方法制備兩種新型的PVK/BMNPAB/CdS和PVK-10-CdS/BMNPAB光折變體系。經(jīng)極化后在無外加電場的情況下，物理復(fù)合PVK/BMNPAB/CdS體系獲得耦合增益系數(shù)Γ=31.7cm<'-1>；化學(xué)復(fù)合PVK-10-CdS/BMNPAB體系獲得Γ=50.0cm<'-1>和衍射效率η=4.2％，這是由于PVK與CdS的化學(xué)鍵合為二者間表面電荷遷

5、移提供了良好的界面，可進一步提高光生載流子的速度和數(shù)量以提高材料的光電導(dǎo)性能，進而提高光折變材料內(nèi)部光致電荷場的形成速度和電場強度。與國內(nèi)外已有報道有機/無機納米復(fù)合光折變材料在外加電場下獲得Γ值為幾～幾十cm<'-1>相比，兩種新型的光折變體系均表現(xiàn)出更好的光折變性能。 五、采用后功能法設(shè)計合成一種新穎的既具電荷傳輸分子又具有生色團雙功能聚合物PVNPAK。PVNPAK薄膜在未預(yù)先極化下，獲得有效二階非線性系數(shù)d<,eff>=

6、4.7pm/V的，提出了分子“自排列”取向效應(yīng)。采用主．客體設(shè)計方法制備出新型PVNPAK/CdS/ECZ光折變體系，在有機．無機納米復(fù)合光折變材料研究領(lǐng)域中，首次報道在未預(yù)先極化和無外加電場下可獲得Γ=11.89cm<'-1>和η=3.2％，為光折變聚合物的實用化創(chuàng)造了條件。 六、采用化學(xué)原位復(fù)合法成功地將CdS鍵合到聚合物PVNPAK上，制備出新型的多功能PVNPAK-CdS/ECZ光折變體系。在未預(yù)先極化和無外加電場下，P