石墨烯/氧化铁有机玻璃的可控制备及光学非线性研究

摘要

随着科学技术的快速发展，激光技术作为21世纪即将广泛被人们所应用的技术，其周边的相关研究也日益增多，其中对于光限幅材料以及器件的研究作为一个新兴的领域正越来越多地受到科研工作者们的关注。光限幅器件主要应用了材料的非线性光学特性，石墨烯/氧化铁纳米复合材料是由两种广受关注纳米材料构成的复合结构，在非线性光学方面也展现出了很大的潜力。本文合成了核壳结构的石墨烯（Graphene）/氧化铁纳米复合材料并与聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）掺杂制备有机玻璃，测试了其非线性光学性质，具体内容如下：
　　1、石墨烯/氧化铁纳米复合材料的制备。
　　本文通过热水浴法首先合成G/FeOOH复合纳米材料，通过多种温度和多种时间的氢氩和空气退火尝试后后，合成出核壳结构的 G/Fe2O3纳米复合材料。运用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子光谱（XPS）等多种大型材料表征方法对材料进行测试后，证明了其结构的完整性和正确性，材料组成为石墨烯和γ-Fe2O3，证实了通过气态柯肯达尔效应合成空心结构颗粒的实验设计的正确性。
　　2、石墨烯/氧化铁/聚甲基丙烯酸甲酯（G/ Fe2O3/PMMA）有机玻璃的制备。
　　将 G/Fe2O3纳米复合材料与甲基丙烯酸甲酯（MMA）均匀混合后，通过催化剂的作用，采用浇铸法将混合液倒进模具中，自然冷却后制成G/Fe2O3/PMMA有机玻璃。实验中通过改变G/Fe2O3纳米复合材料的添加量，制作了三组测试用有机玻璃作为对照。此方法制作的有机玻璃厚度均为1 mm，表面光滑，透光性良好。
　　3、G/Fe2O3/PMMA有机玻璃的非线性光学性能研究。
　　实验中对有不同添加量制成的 G/Fe2O3/PMMA有机玻璃都进行了非线性吸收和非线性散射测试，G/Fe2O3/PMMA有机玻璃对不同入射激光能量展现出不同的非线性吸收性质。低入射能量时，显示出饱和吸收特性，高入射能量时则显示出反饱和吸收特性。实验中还发现添加量的不同会对测试结果产生直接影响。文中介绍的G/Fe2O3/PMMA有机玻璃展现出了优秀的非线性光学性质，对比其他相似材料如 G/PMMA等，非线性吸收性质更加明显，因此证明了G/Fe2O3材料可以成为一种有潜力的非线性光学材料，在光限幅光开关领域都将有广泛应用。

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第1章 绪论

1.1 论文研究背景

1.2 非线性光学材料简述

1.3 石墨烯的研究现状

1.4 氧化铁纳米材料简介

1.5 本文研究的主要内容

第2章 实验试剂与仪器

2.1 实验所需化学试剂与实验设备

2.2 实验材料表征用到的仪器和基本原理

2.3 本章小结

第3章 石墨烯/氧化铁纳米复合材料的制备和表征

3.1 石墨烯/氧化铁纳米复合材料的制备

3.2 石墨烯/氧化铁纳米复合材料的表征

3.3 材料制备原理介绍

3.4 本章小结

第4章 石墨烯/氧化铁/PMMA有机玻璃的制备及非线性光学测试分析

4.1 石墨烯/氧化铁/PMMA有机玻璃的制备

4.2 石墨烯/氧化铁/PMMA有机玻璃紫外可见吸收光谱测试及分析

4.3 石墨烯/氧化铁/PMMA有机玻璃的非线性光学性质测试及分析

4.4G/Fe2O3/PMMA的光学非线性机理分析

4.5GFPOG非线性光学性质优异的原理分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢