NiS2/Ag2S复合材料的制备及非线性光学特性研究

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非线性光学是现代光学的一个重要分支,它描述了光与物质的相互作用。由于激光的发明,非线性光学技术不仅可以用于基础物理研究,还可以在物理、化学、生物学和材料科学等领域进行各种应用,比如激光的产生和调制、材料分析和传感器等方面。非线性光学现象通常是在几种常见波长的激光下观察到的,并且使用了各种非线性光学材料。由于纳米制造技术的最新进展,现在可以设计出各种包含非线性成分的微纳结构材料。微纳结构材料由于其本身的小尺寸而具有电、光、磁和机械等性能,因此引起了科研人员的极大兴趣,并且微纳复合材料往往能在消除单一材料缺陷的同时具有增强的性能。由于微纳结构金属硫化物拥有独特的性能,已经被广泛应用在燃料电池、发光二极管和非易失性存储设备等领域。金属硫化物通常表现为矿物质晶体,它们丰富而廉价,为人们提供了广阔的研究前景。本文以NiCl2、Na2S2O3、Ag NO3和Na2S为原料,基于水热法和沉淀法,分别制备了Ni S2、Ag2S两种单一材料以及Ni S2/Ag2S复合材料。对得到的三组材料进行了微观结构表征,结果显示Ni S2为平均直径约1.9μm、表面光滑的匀称实心球形,Ag2S为平均尺寸150 nm左右的不均匀短棒状结构,表面分布着小突起,而Ni S2/Ag2S复合材料中Ag2S颗粒团聚在Ni S2球状粒子的表面,并且复合材料中Ni S2和Ag2S的数量比约为2.1:1。以PMMA为基底材料利用浇铸法制备了相应的有机玻璃,样品分散均匀且透光性良好,利用紫外-可见光谱仪分析得知(Ni S2/Ag2S)9/PMMA有机玻璃表现出了最好的线性吸收性能。利用开孔Z-扫描技术测量了样品的非线性吸收性能和光限幅性能。五组PMMA有机玻璃样品均呈现反饱和吸收特性。与(Ni S29/PMMA和(Ag2S)9/PMMA相比,(Ni S2/Ag2S)9/PMMA有机玻璃具有更好的非线性光学吸收性能。而且随着Ni S2/Ag2S复合材料含量的增加,其对应的有机玻璃具有更好的非线性吸收性能。同时实验数据表明,(Ni S2/Ag2S)9/PMMA有机玻璃具有增强的光限幅性能。这种增强效果主要归因于Ni S2和Ag2S之间的协同作用,并且给出了能级跃迁角度的机制分析。在激光应用越来越广泛、材料要求越来越复杂的未来,NiS2/Ag2S复合材料在光开关、超快光限幅器和激光防护领域具有潜在的应用价值。
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