[发明专利]一种固态非线性体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固态非线性体材料以及这种材料的制备方法，特别涉 及一种金属纳米团簇与有机聚合物材料复合形成具有大的三阶非线性系 数的光学材料以及这种光学材料的制备方法。

背景技术

具有非线性光学效应的介质称为非线性光学材料，非线性光学材料与 其他材料不同，这些材料中的电子和电荷或者特别容易被极化，或者在能 量的行波影响下特别容易被置换，而表现出较强的非线性效应。非线性光 学材料按其非线性效应来分可以分为二阶、三阶和高阶非线性光学材料， 能够产生较大的三阶非线性光学效应的介质材料就称为三阶非线性光学 材料。

具有大的三阶非线性系数的光学材料，即：三阶非线性光学材料是实 现光学双稳、光通讯、光计算、光相位共轭、光调制器等光电子及全光技 术的关键。

传统的非线性光学晶体材料的三阶非线性效应都非常小且制备比较 困难，通常由熔体生长法、溶液生长法或气相生长法进行制备。熔体生长 法主要包括提拉法，即丘克拉斯基法，坩埚下降法、区熔法和焰熔法，即： 维尔纳叶法。熔体生长法一般都需要高温条件，设备比较复杂；溶液生长 法主要是使溶液达到过饱和的状态而结晶，通常需要非常严格的恒温条 件，并且生长周期非常长；气相生长法，一般可用升华、化学气相输运等 过程来生长晶体，通常只用于生长易升华或有挥发性材料，详见1981科 学出版社出版的<<晶体生长>>。

近年来，金属纳米团簇镶嵌在基质中，形成金属纳米团簇复合材料已 经得到广泛的研究，由于金属颗粒表面的等离子体共振效应引起周围局域 电场的增强，从而导致非线性效应显著提高。而聚合物作为一种光学透明、 加工性质优异的基材料，为无机纳米粒子光学功能的应用提供了一个重要 的载体。近年来,虽然关于金属纳米颗粒与聚合物复合材料的非线性光学性 质被广泛报道,但此类研究主要为薄膜材料或胶体溶液.由于薄膜材料厚度 较小,在光学应用方面,仍需要很大的泵浦光强才能实现响应的功能,某种程 度上限制了其应用.而胶体溶液由于其易蒸发,不易存储,不易随意放置等因 素,在一定程度上也限制了其应用.而具有一定厚度的非线性光学材料,尤其 是固态体材料,由于有较大的光程积累非线性效应,只需要用较小的泵浦光 就可实现较明显的光学变化,在一定程度上降低了应用光强的阈值,大大提 高了器件的灵敏度.并且由于其为固态材料,易于保存和放置.因此,具有大 的三阶非线性效应的固态的体材料在器件研究有更实际的应用前景和市 场需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种固态非线性体材料以及这种材料的制备方 法。

本发明的一个方面提供了一种固态非线性体材料，所述材料是含有贵 金属纳米颗粒的聚合物材料，所述材料的厚度为至少1mm，并且所述材料 的三阶非线性系数为10^-6-10^-9esu，并且所述材料由包括以下步骤的方法制 备：

a.将还原剂添加到加热沸腾的贵金属化合物的溶液中，直到溶液的颜 色发生变化，得到含有贵金属纳米颗粒的溶液；

b.将所述的含有贵金属纳米颗粒的溶液冷却到室温，得到含有贵金属 纳米颗粒的胶体溶液；

c.将聚合物粉末或者它的溶液与所述的胶体溶液混合，形成含有贵金 属纳米颗粒的聚合物溶液；

d.去除所述的含有贵金属纳米颗粒的聚合物溶液中的溶剂，得到所述 的材料。

优选所述的材料的厚度为1cm-80cm。

最优选所述的材料的厚度为1cm-50cm。

优选地，所述的聚合物为聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯和聚二 乙炔中的一种。

优选地，所述的贵金属纳米颗粒为金、银和铜纳米颗粒中的一种或两 种。

优选地，所述材料中的贵金属纳米颗粒和聚合物的质量比为1：99-1:1。

本发明的另一个方面还提供了一种制备所述材料的方法，该方法包括 以下步骤：

a.将还原剂添加到加热沸腾的贵金属化合物的溶液中，直到溶液的颜 色发生变化，得到含有贵金属纳米颗粒的溶液；

b.将所述的含有贵金属纳米颗粒的溶液冷却到室温，得到含有贵金属 纳米颗粒的胶体溶液；

c.将聚合物粉末或者它的溶液与所述的胶体溶液混合，形成含有贵金 属纳米颗粒的聚合物溶液；