锑烯的液相激光辐照制备及其非线性光学性能研究

作     者：吴金强 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈军

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：锑烯 液相激光辐照法 非线性光学 双光子吸收 光限幅 

摘      要：锑烯,一种新型二维材料,由于其具有优异的物理与化学的性能以及在空气环境中稳定性强,近年来不断地受到科研学者的广泛关注。关于锑烯的相关理论预测为科研工作者从制备锑烯再到锑烯的实用提供了更好的指导方向。目前,人们纷纷开始探究二维锑烯的各种制备方法及其在太阳能电池,光催化,非线性光学等领域的应用。本文首次提出液相激光辐照法制备锑烯,并成功将锑烯制作成光限幅器件,实现在非线性领域的应用,具体研究内容如下:在不同溶液(包括乙醇,异丙醇,去离子水)中辐照块状锑粉末,通过对不同溶液中制备产物的的表征和分析,得知异丙醇和乙醇中的产物为锑烯纳米片,证明液相激光辐照法成功制备锑烯纳米材料。并且通过对锑烯纳米片产物在形貌,尺寸,厚度方面的比较得出在异丙醇中辐照制备锑烯纳米片质量较优。接着,研究激光辐照时间,激光能量等实验参数对在异丙醇溶剂中制备出的产物的影响,结果显示:(1)辐照时间增加到50 min时,产物的形貌由纳米片过渡为圆球状,厚度也逐渐增大,锑烯表面氧化程度不断加深;(2)随着激光辐照能量的增大,少层锑烯的尺寸变小,纳米片层数增多,出现大量的团簇,通过改变实验参数实现了对锑烯的尺寸和层数的调控。基于以上结果解释了液相激光辐照法制备锑烯的机理。对不同激光辐照参数下制备的产物溶液进行了Z扫描测试和光限幅测试。探究了锑烯纳米片尺寸大小,厚度,分散性对其非线性吸收效应和光限幅行为的影响。研究结果表明,锑烯纳米片的光限幅能力随着厚度的减小而增大;分散性越好的锑烯纳米片的溶液对光子吸收效果越好,表现出的光限幅能力也越强。研究了不同Z扫描测试激光能量对锑烯纳米片的归一化透过率曲线的影响。结果显示锑烯纳米片的低测试激光能量下表现为饱和吸收,随着测试能量的增加,材料的饱和吸收被抑制而双光子吸收效应明显。将液相激光辐照制备出的锑烯与有机硅材料掺杂,制作形成掺杂浓度不同的锑烯有机硅复合材料橡胶片,并对其进行光限幅测试。当掺杂浓度为0.01%,锑烯有机硅复合材料橡胶片具有较好的透光性,光限幅阈值为0.22 GW/cm,成功地实现了锑烯纳米片光限幅器件应用化。