含cds納米粒子有機(jī)光折變材料的制備與性能研究

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1、武漢理工大學(xué)博士論文摘要高性能敏感材料是光纖傳感的核心技術(shù)之一，新型光纖傳感敏感材料具有新的傳感機(jī)理，是新型光纖傳感器研制和應(yīng)用的基礎(chǔ)。20世紀(jì)90年代后出現(xiàn)的聚合物光折變材料具有優(yōu)良的光折變性能，而且其加工性能優(yōu)良，可方便制備成薄膜等所需形態(tài)，將這～類極具潛力的光學(xué)敏感材料應(yīng)用于光纖傳感器對相關(guān)待測量進(jìn)行檢測，無疑會為光纖傳感領(lǐng)域帶來新的應(yīng)用前景和發(fā)展。本論文在國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(No．60537050)和有色金屬材料及其加工新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金的資助下(No．koj200507)，從基礎(chǔ)理論、材料設(shè)計、結(jié)構(gòu)與性能等方面研究了一類新型的有機(jī)，無機(jī)納米復(fù)合光折變材料，旨

2、在克服有機(jī)光折變聚合物對外加電場的依賴，將其用作光纖敏感材料，為研發(fā)新型光纖傳感器奠定基礎(chǔ)，同時這也對光折變聚合物的理論研究和實(shí)用化具有重要的意義。本文進(jìn)行的主要研究內(nèi)容和取得的重要成果有：一、從理論上對聚合物光折變材料的光折變光柵形成機(jī)制、結(jié)構(gòu)與性能設(shè)計及檢測進(jìn)行了深入的分析；探討了光生伏打效應(yīng)對空間電荷場的作用，為光折變聚合物克服對外加電場的依賴提供理論依據(jù)。二、采用CdS納米粒子作為光折變聚合物的光敏劑，用物理和化學(xué)兩種復(fù)合方法制備有機(jī)／CdS納米復(fù)合材料，研究CdS納米粒子與聚合物之間的電荷遷移過程及其光電導(dǎo)性能，為光折變材料結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)。三、從分子水平上設(shè)計和優(yōu)化共軛體系

3、具有推拉電子基團(tuán)(D．石-A)結(jié)構(gòu)的非線性光學(xué)生色團(tuán)BMNPAB，探討其最佳反應(yīng)條件，研究其能級結(jié)構(gòu)、非線性性能和增塑作用等，用以制備性能優(yōu)良的光折變聚合物。四、采用主一客體設(shè)計方法制備兩種新型的PVK／BMNPAB／CdS和PVK-10．CdS／BMNPAB光折變體系。經(jīng)極化后在無外加電場的情況下，物理復(fù)合PVK／BMNPAB／CdS體系獲得耦合增益系數(shù)r=31．7cm一；化學(xué)復(fù)合PVK-10．CdS／BMNPAB體系獲得F=50．0era4和衍射效率r／---4．2％，這是由于PVK與CdS的化學(xué)鍵合為二者間表面電荷遷移提供了良好的界面，可進(jìn)一步提高光生載流子的速度和數(shù)量以提高材料

4、的光電導(dǎo)性能，進(jìn)而提高光折變材料內(nèi)部光致電荷場的形成速度和電場強(qiáng)度。與國內(nèi)外已有報道有機(jī)／無機(jī)納米復(fù)合光折變材料在外加電場下獲得r值為幾～幾十gin4相比，兩種新型的光折變體系均表現(xiàn)出更好的光折變性能。武漢理工大學(xué)博士論文。五、采用后功能法設(shè)計合成一種新穎的既具電荷傳輸分子又具有生色團(tuán)雙功能聚合物PV'NPAK。PVNPAK薄膜在未預(yù)先極化下，獲得有效二階非線性系數(shù)de／F4．7pm／V的，提出了分子“自排列”取向效應(yīng)。采用主．客體設(shè)計方法制備出新型PVNPAK／CdS／ECZ光折變體系，在有機(jī)．無機(jī)納米復(fù)合光折變材料研究領(lǐng)域中，首次報道在未預(yù)先極化和無外加電場下可獲得F=11．89c

5、m4和H=3．2％，為光折變聚合物的實(shí)用化創(chuàng)造了條件。六、采用化學(xué)原位復(fù)合法成功地將CdS鍵合到聚合物PVNPAK上，制備出新型的多功能PVNPAK-CdS／ECZ光折變體系。在未預(yù)先極化和無外加電場下，PVNPAK-5．CdS／ECZ體系獲得F=14．26cm4和目=3．4％；PVNPAK-15．CdS／ECZ體系獲得F=16．43eral和q=4．44％。這一光折變體系不僅克服了對電場的依靠，而且與摻雜體系P、懈AK『CdS／ECZ光折變性能相比，實(shí)現(xiàn)了光折變性能的優(yōu)化，并改善了材料的成膜性和功能組分的相容性，使得光折變聚合物在實(shí)際應(yīng)用中具有更加優(yōu)越的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：光纖傳感光敏材料

6、，光折變效應(yīng)，有機(jī)／無機(jī)納米復(fù)合，CdS納米粒子，偶氮生色團(tuán)，二波耦合Ⅱ武漢理工大學(xué)博士論文ABSTRACTFiber0pticsensingtechnologyisanewtechnologyofmonitorsupervisionwiththedevelopmentofopticalfibercommunication．Thebasicoffiberopticsensingtechnologyisthehighperformancephotosensitivematerials．FinanciallysupportedbytheKeyProjectofNationalNatural

7、ScienceFundofChina(NO．6053705∞andOpenFundofKeyLaboratoryofNonferrousMaterialsandProcessingTechnology(No．kqjZOOSWO，inthisthesis，anewphotorefractive(PR)polymericnanocompositephotosensitizedwithinorganicsemiconductornanoparticl