【摘要】：非線性光學快速發(fā)展,在光通訊、光存儲、光電傳感器、激光武器等多個領(lǐng)域都得到應用,例如光限幅器、全光開關(guān)、光邏輯器件、光調(diào)制器等。非線性光學的快速發(fā)展也對非線性光學材料提出了新的要求,許多具有良好光學非線性性質(zhì)的材料陸續(xù)被發(fā)現(xiàn),如富勒烯、碳納米管、石墨烯材料等。其中,石墨烯因具有單層的碳原子結(jié)構(gòu),在物理性質(zhì)方面有很多突出的優(yōu)點,例如高電導率、高透明度、超快光學響應等,在三階非線性光學響應中也表現(xiàn)優(yōu)異,逐漸受到越來越多的關(guān)注。但是石墨烯在溶劑中不容易分散的性質(zhì)成為它在研究和應用中不利的一面。通過研究我們發(fā)現(xiàn)有許多和石墨烯結(jié)構(gòu)類似的材料,比如氧化石墨烯,它同樣具有單層碳原子排布,只是在其周圍還分布著大量的含氧官能團,由于這種材料結(jié)構(gòu)的特點,往往同樣具有一些和石墨烯相似或者更佳的性質(zhì)。通常把這種具有和石墨烯類似結(jié)構(gòu)的材料統(tǒng)稱為石墨烯類材料。由于氧化石墨烯中大量官能團與溶劑分子之間的靜電力作用,它可以在溶劑中均勻地分散,并且大量的官能團還可以為它與其他材料的復合提供了一個接枝途徑�；谶@個原因,我們將研究重點放在與石墨烯具有相似結(jié)構(gòu)的材料上,以期深入探究這類材料的性質(zhì),尋找能夠更好使用它的手段。為了豐富我們的研究過程,嘗試了將氧化石墨烯和其他納米材料的進行復合,并成功實現(xiàn)了與納米銀線材料的化學鏈接,從實驗數(shù)據(jù)上給出了氧化石墨烯與其他納米材料復合的證據(jù)。并對所制備的復合材料進行光學非線性方面的研究。本文對氧化石墨烯及其復合材料的研究具有重要的指導意義。本文主要工作如下:1.參考哈默法制備高氧化程度的氧化石墨烯(GO),并對該方法進行了一定程度的改進,制備得到高氧化程度的GO;2.使用XRD衍射儀、電子掃描顯微鏡、原子力顯微鏡、共焦顯微激光拉曼光譜儀等儀器對氧化石墨烯樣品結(jié)構(gòu)和形貌進行了表征,并探討了制備過程中因氧化劑高錳酸鉀用量不同而導致GO氧化程度的差異;3.利用抗壞血酸(VC)作還原劑,通過控制還原時間得到不同還原程度的GO樣品,之后利用XRD、TEM、紫外-可見分光光度計和傅里葉變換紅外光譜儀對不同還原程度的GO樣品進行表征;4.使用z-掃描技術(shù)對不同還原程度的GO樣品進行非線性測試。測試結(jié)果表明GO樣品的非線性折射率隨其還原程度提高而增大,并分析了因GO還原程度提高而導致其三階光學非線性提升的原因;5.參考有關(guān)文獻制備了表面修飾的納米銀線,然后通過原位還原法將納米銀線與氧化石墨烯復合成一種新型的水溶性納米銀線/還原石墨烯復合材料,該方法克服了石墨烯材料不易分散的缺點。并用X射線衍射、紫外-可見分光光度計、掃描電子顯微鏡、傅里葉紅外光譜分析儀對樣品結(jié)構(gòu)和形貌進行了表征證明了納米銀線和與還原氧化石墨烯之間的復合;6.利用z-掃描技術(shù)對該水溶性納米銀線/還原石墨烯復合材料進行非線性測試,探究其非線性光學性質(zhì)。用實驗結(jié)果證明了納米銀線/還原石墨烯材料非線性吸收顯著提高,并分析了其中原因。
[Abstract]:The nonlinear optical fast development is applied in many fields such as optical communication, optical storage, photoelectric sensor, laser weapon, etc., such as optical limiter, all-optical switch, optical logic device, optical modulator and so on. The rapid development of non-linear optics has also proposed new requirements for nonlinear optical materials, and many materials with good optical non-linear properties are successively found, such as fullerenes, carbon nanotubes, graphene materials and the like. Among them, the graphene has a plurality of prominent advantages in the physical properties due to the carbon atom structure with a single layer, such as high conductivity, high transparency, ultrafast optical response, and the like, and is also excellent in the third-order nonlinear optical response and is gradually received more and more attention. However, the nature of the non-easy dispersion of the graphene in the solvent becomes an adverse side of the graphene in the research and application. by studying our discovery of a material similar to that of a graphene structure, such as graphene oxide, it also has a single-layer carbon atom arrangement, just around which a large number of oxygen-containing functional groups are also distributed, due to the characteristics of such a material structure, Often with similar or better properties to the graphene. Such a material having a similar structure to that of a graphene is generally referred to as a graphene material. As a result of the electrostatic force acting between a large number of functional groups in the graphene oxide and the solvent molecules, it can be uniformly dispersed in the solvent, and a large number of functional groups can also provide a grafting route for the compounding of it with other materials. For this reason, we focus our research on materials with similar structure to graphene, with a view to further exploring the nature of such materials and looking for ways in which it can be better used. In order to enrich our research process, we tried to compound the graphene oxide and other nano-materials, and successfully realized the chemical link with the nano-silver wire material, and the evidence of the composite of the graphene oxide and other nano-materials was given from the experimental data. And the optical non-linearity of the prepared composite material is studied. This paper is of great significance to the research of graphene oxide and its composite materials. The main work of this paper is as follows:1. The oxidized graphene (GO) with high oxidation degree is prepared by reference to the Hamermethod, and a certain degree of improvement is carried out on the method to prepare the GO with high oxidation degree; and 2. The structure and morphology of the graphene oxide samples were characterized by XRD, electron scanning microscope, atomic force microscope and confocal laser Raman spectrometer. The GO sample of different degree of reduction was obtained by controlling the reduction time by using ascorbic acid (VC) as a reducing agent, and then the GO samples with different reduction degrees were characterized by XRD, TEM, UV-visible spectrophotometer and Fourier transform infrared spectrometer. The non-linear testing of GO samples with different degree of reduction was carried out using the z-scanning technique. The results show that the non-linear refractive index of the GO sample is increased with the increase of the degree of reduction, and the reason of the third-order optical non-linear increase due to the increase of the degree of reduction of GO is also analyzed. And the nano-silver wire and the graphene oxide are compounded into a novel water-soluble nano-silver wire/ reduction graphene composite material by the in-situ reduction method, and the method overcomes the defect that the graphene material is not easy to disperse. The structure and morphology of the samples were characterized by X-ray diffraction, ultraviolet-visible spectrophotometer, scanning electron microscope and Fourier infrared spectrum analyzer. The nonlinear optical properties of the water-soluble nano-silver/ reduced graphene composite were investigated by using the z-scanning technique. The results of the experiment show that the non-linear absorption of the nano-silver wire/ reduction graphene material is obviously improved, and the reason is analyzed.
【學位授予單位】：河南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O437;TB33

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本文編號：2449780