[發(fā)明專利]以PMMA為基底的量子點(diǎn)光纖纖芯材料及其制備和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010109092.9
• 申請(qǐng)日: 2010-02-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101792567A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程成;王若棟;嚴(yán)金華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué);杭州漢克凈化設(shè)備有限公司
• 主分類號(hào): C08L33/12
• 分類號(hào): C08L33/12;C08K3/30;C01B19/04;G02B6/02
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;王兵

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光通訊材料及納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以 PMMA為基底的PbS、PbSe量子點(diǎn)均勻摻雜的光纖纖芯材料及其制備和 應(yīng)用。

(二)背景技術(shù)

PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)是一種高度透明的無(wú)定形熱塑性聚 合物，相對(duì)密度1.188-1.22(30℃/4℃)，折射率1.49，玻璃化溫度 80-100℃，分解溫度＞200℃。使用溫度-40～80℃。作為一種傳統(tǒng)的 有機(jī)材料，由于其具有良好的通透性(在可見(jiàn)光波段透光率達(dá)90％-92 ％，在紅外波段也有85％-90％的透射率)、高機(jī)械強(qiáng)度及韌性，可廣 泛的應(yīng)用于如：手機(jī)保護(hù)屏材料、PC鏡片材料、液晶顯示器(LCD) 材料及光纖材料等光學(xué)領(lǐng)域。以PMMA材料為主要成分的塑料光纖 相比于石英光纖具有更優(yōu)異的抗裂強(qiáng)度、耐用性和占用空間小等優(yōu) 點(diǎn)，可廣泛的應(yīng)用于光纖到戶(FTTH)、工業(yè)控制和工廠自動(dòng)化、 照明、裝飾、醫(yī)療及軍事等領(lǐng)域。

量子點(diǎn)作為一種在三個(gè)維度上都是納米尺度的新型的納米材料，具 有尺寸效應(yīng)、限域效應(yīng)、庫(kù)侖阻塞效應(yīng)等特性，在生命科學(xué)、單電子器 件、發(fā)光材料、激光和光通信等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。近年來(lái)，光 通信在1.2-1.6微米波段的通訊材料和裝置方面的開(kāi)發(fā)研究引起了人們 極大的關(guān)注。而PbS和PbSe量子點(diǎn)在這一波段具有良好的、甚至是理 想的吸收和輻射譜，且在制備時(shí)可以人為控制量子點(diǎn)的尺寸，從而調(diào)控 吸收峰和輻射峰的波長(zhǎng)位置以及譜的半高全寬。這一些對(duì)于光通訊領(lǐng)域 方面的應(yīng)用是非常重要的。理論上用PbS或PbSe量子點(diǎn)摻雜均勻的光 纖放大器將具有高的光增益、寬的調(diào)制帶寬和低噪聲等優(yōu)越性能，憑借 這些優(yōu)點(diǎn)量子點(diǎn)光纖放大器必將代替目前光纖通信中使用的稀土元素?fù)? 雜光纖放大器，為光纖通信的發(fā)展注入了新的生命。

雖然曾有報(bào)導(dǎo)在PMMA材料中加入SiO₂、CdSe、ZnS、TiO₂等納米 粒子，以實(shí)現(xiàn)PMMA材料的改性。但上述實(shí)驗(yàn)方案均未涉及PMMA為 基底的量子點(diǎn)光纖材料制備，至今沒(méi)有人報(bào)導(dǎo)在工藝上如何以PMMA為 基底、以量子點(diǎn)為摻雜物的塑料光纖制備。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的首要技術(shù)問(wèn)題在于提供一種以PMMA為基底的PbS、 PbSe量子點(diǎn)均勻摻雜的光纖纖芯材料，一方面利用PMMA聚合物分子鏈 之間的排斥作用有效防止量子點(diǎn)的團(tuán)聚，另一方面PMMA聚合物為量子 點(diǎn)提供了基體，利用PMMA聚合物優(yōu)良的可加工性、透光性，可以制備 出各種性能優(yōu)越的光學(xué)器件。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種光纖纖芯材料，是以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為基底，以 PbS或PbSe量子點(diǎn)為摻雜物，所述PbS或PbSe量子點(diǎn)的摻雜方式為空 間均勻摻雜，所述PbS或PbSe量子點(diǎn)的尺寸為4nm-20nm，所述光纖纖 芯材料中PbS或PbSe量子點(diǎn)的數(shù)密度為1×10¹⁶-1×10¹⁹cm^-3。

本發(fā)明要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種上述光纖纖芯材料的制 備方法，具體采用如下技術(shù)方案：

一種上述光纖纖芯材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)以偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，使甲基丙烯酸甲脂(MMA)先在 75-85℃的溫度條件下強(qiáng)攪拌預(yù)聚合10-40分鐘，在預(yù)聚合的聚甲基丙烯 酸甲酯達(dá)到一定的粘度后冷卻至室溫，然后控制在40-50℃的溫度條件下 聚合5-24小時(shí)，得到聚甲基丙烯酸甲酯膠狀體；

(2)將量子點(diǎn)數(shù)密度為3×10¹⁶-3×10²⁰cm^-3，尺寸在4-20nm之間的水相 PbS或PbSe量子點(diǎn)加入到所述聚甲基丙烯酸甲酯膠狀體中，攪拌均勻使 聚甲基丙烯酸甲酯膠狀體中量子點(diǎn)數(shù)密度為1×10¹⁶-1×10¹⁹cm^-3，然后將量 子點(diǎn)均勻分布的聚甲基丙烯酸甲酯膠狀體再次于40℃-50℃的溫度條件 下聚合48-72小時(shí)，即得所述光纖纖芯材料。