[发明专利]一种银、金二元单质金属纳米颗粒分散氧化铝非线性光学薄膜及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属纳米颗粒与金属氧化物复合材料领域，具体是一种银、金二元单质金属纳米颗粒分散氧化铝非线性光学薄膜及制备方法。

背景技术

金属纳米颗粒分散氧化物复合薄膜是一种优良的三阶非线性光学材料。由于金属颗粒的表面等离子共振和局域场增强效应，使得复合薄膜在特定波长范围内具有较强的光吸收、极快的响应时间和非常高的非线性系数。这些显著的非线性光学性能使这类复合薄膜材料在光波分离器﹑光开关、光探测器、光调制器、光计算以及光纤通信方面具有潜在的应用价值，并且成为非线性光学研究领域的前沿课题。

金属纳米颗粒复合薄膜的非线性光学性质不仅依赖于金属纳米颗粒，而且还与基体有关。由于基体材料的折射率不同，选择不同的基体材料可以调节纳米金属复合薄膜的光学共振带。目前已报道的基体材料主要有SiO₂、TiO₂、CeO、In₂O₃、Lu₂O₃、Bi₂O₃、V₂O₅、NiO、BaO、Nd₂O₃、La₂O₃、BaTiO₃及ZnO等。在这个领域研究最多的是一种纯金属颗粒分散氧化物薄膜，比如Au/SiO₂，Ag/SiO₂、Au/ZnO、Ag/NiO等。为了获得更好的非线性光学性能，一方面，人们通过优化复合薄膜中金属颗粒的大小、形状、分布、以及掺杂浓度等来实现；另一方面，人们尝试改变复合薄膜的研究体系。目前金属纳米颗粒非线性光学复合薄膜研究体系已由一元扩展到二元。但是所报道的二元体系金属纳米颗粒复合薄膜中，金属颗粒大多数以合金的形式存在。B.Prével等采用laser vaporization法制备了Au，Ag以及Au-Ag合金分散在多孔氧化铝基体上的复合薄膜，颗粒大小在2-6.7nm之间。Au_N、(Au_0.5Ag_0.5)_N和Ag_N吸收带分别在2.4eV、2.6eV和2.9eV处，即(Au_0.5Ag_0.5)_N的吸收带在纯Au和纯Ag之间[B.Prével et al.Scripta materialia44(2001)1235-1238]。Shi H H.等采用凝胶凝-胶法制备了Au、Ag以合金颗粒的形式存在的Ag_xAu_1-x/SiO₂复合薄膜，薄膜在波长492nm处出现了表面等离子共振吸收峰，相对于Au/SiO₂薄膜发生了蓝移(524nm)，相对于Ag/SiO₂薄膜发生了红移(400nm)[Shi H Z.et al.Journal of Applied Physics 87(2000)1572-1574]。P.Sangpour等通过射频溅射法研究了Au-Ag合金分散SiO₂薄膜的合成。薄膜在Ar+H₂的还原气氛中退火时，随着温度从400℃升高到800℃，光吸收峰从400nm红移到450nm。[P.Sangpour.et al.Applied Surface Science253(2007)7438-7442]。G..Sural等采用化学沉积的方法成功制备了Ag-Au/SiO₂和Ag-Au/PbO-SiO₂薄膜，薄膜中Ag、Au以合金颗粒的形式存在，颗粒直径为8～35nm,这种薄膜只有一个吸收峰，吸收峰的位置在纯Ag(410nm)和纯Au(525nm)之间，并且随Ag、Au的摩尔比的变化发生移动[G.Sural.et al.Journal of Materials Science38(2003)1645-1651]。上述文献中，制备的银金分散氧化物复合薄膜中，银、金都以合金形式存在。近几年来，出现了以单质形式存在的二元金属纳米颗粒复合薄膜。在所报道的二元单质纳米颗粒复合薄膜中，Ag和Au纳米颗粒都是以层状的结构分布。研究者采用多靶磁控溅射法，制备出了具有层状结构的铜银和金银纳米颗粒分散氧化物光学薄膜，薄膜中铜与银或金与银都是以单质形式存在。[专利授权号分别为：ZL200510011733.6,ZL200510011554.2]。另外，采用溶胶凝胶法研究者也制备出了具有层状结构的银金纳米颗粒分散二氧化硅复合薄膜，薄膜中银和金都以单质形式存在[专利授权号分别为：ZL200910081922.9]。