[發(fā)明專利]Cd/CdS-SiO2三階非線性光學(xué)三元復(fù)合薄膜材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210008821.0
• 申請日: 2012-01-12
• 公開（公告）號: CN102584022A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 辜敏;卿勝蘭;鮮曉東
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: C03C17/22
• 分類號: C03C17/22;C03C17/23;G02F1/355
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 張先蕓

技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及非線性光學(xué)材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Cd/CdS-SiO₂三階非線性光學(xué)復(fù)合薄膜材料及其電化學(xué)－溶膠凝膠制備方法。?

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背景技術(shù)　

非線性光學(xué)（NLO）研究相干光與物質(zhì)相互作用時出現(xiàn)的各種新現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)制、過程規(guī)律及應(yīng)用途徑，是在激光出現(xiàn)后迅速發(fā)展起來的光學(xué)的一個新分支。非線性光學(xué)材料在以光子代替電子進(jìn)行信息處理、集成、通訊等方面起著重要作用，在全光學(xué)通信、全光學(xué)計算機(jī)和信息處理等方面有著廣闊的應(yīng)用前景，是實現(xiàn)以光電子技術(shù)為核心的現(xiàn)代信息技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)。其中三階非線性光學(xué)材料在制備超高速光開關(guān)、光學(xué)存儲器、光學(xué)運(yùn)算元件、倍頻器及分子非線性電極化率的測定等方面有著不可替代的優(yōu)勢。目前已經(jīng)開發(fā)出很多種類的非線性光學(xué)材料，以氧化物玻璃和塊狀無機(jī)晶體材料為主，它們在集成器件的實際應(yīng)用中受到限制，而薄膜材料能夠適應(yīng)光電子器件微型化的要求，成為當(dāng)今材料科學(xué)的一個研究熱點(diǎn)。?-族化合物半導(dǎo)體（CdS、CdSexS1-x、ZnS等）禁帶寬度變化范圍大、具有直接躍遷能帶結(jié)構(gòu)、離子鍵成分大，具有優(yōu)異的非線性光學(xué)性。CdS由于制備簡單、性能穩(wěn)定并且在光通訊方面具有潛在的應(yīng)用前景而受到特別關(guān)注。目前對CdS摻雜非線性光學(xué)材料的研究主要集中在CdS摻雜玻璃，制備方法主要有高溫熔融法和溶膠-凝膠法。

高溫熔融法實驗步驟為：按配比將CdS、SiO₂等混勻后置于剛玉坩堝內(nèi)，加熱至1400-1500℃，保溫2h，自然冷卻（或急冷）。再將退火后的玻璃樣品在500-600℃中長時間保溫，使CdS納米晶析出。該方法的缺點(diǎn)是需要在1000℃以上高溫下進(jìn)行，對設(shè)備有一定的要求，且耗能高。制備出的為塊狀材料，未見薄膜形式材料報道。高溫熔融法制備的CdS摻雜玻璃材料的值不高，如顧少軒等用高溫熔融法制備的GeS₂-Ga₂S₃-CdS玻璃用飛秒光Kerr技術(shù)測試值為10^-13esu。?

溶膠-凝膠法是制備納米復(fù)合材料的主要方法之一，可以獲得單分散納米晶體摻雜，微晶尺寸分布窄、摻雜濃度較高。用溶膠-凝膠法制備CdS/SiO₂復(fù)合材料可分為一步法和兩步法有兩種方法。一步法是將硅源、H₂O、無水乙醇、鎘源、硫源在酸性條件下按比例混勻，長時間攪拌后靜置生成CdS/SiO₂溶膠。通過浸入-提拉或旋涂的方法可制備CdS/SiO₂膜材料。當(dāng)以硫脲為硫源制備CdS/SiO₂膜材料時，需要對膜材料在N₂保護(hù)下300℃熱處理，以使硫脲中的S釋放出來與Cd²⁺生成CdS。制備出的CdS/SiO₂膜材料值為10^-13esu（三波混頻）。兩步法是將硅源、H₂O、無水乙醇、鎘源在酸性條件下按比例混勻，長時間攪拌后靜置，通過老化、干燥得到干凝膠。干凝膠與H₂S氣體進(jìn)行氣固反應(yīng)生成CdS/SiO₂復(fù)合材料。大部分溶膠-凝膠法制備CdS/SiO₂復(fù)合材料采用的兩步法。報道的CdS/SiO₂復(fù)合材料值有10^-7esu（四波混頻）、10^-11esu（四波混頻）、10^-12esu（四波混頻）。缺點(diǎn)是用溶膠-凝膠法制備膜材料時膜與基底表面結(jié)合力差，易脫落；膜易開裂，膜質(zhì)量差；膜的厚度不易控制。這些都會嚴(yán)重影響薄膜材料的性質(zhì)。?

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發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有方法對設(shè)備要求高，能耗高，或薄膜性能不穩(wěn)定的問題，提供一種具有優(yōu)異三階光學(xué)非線性的Cd/CdS-SiO₂三階非線性光學(xué)三元復(fù)合薄膜材料。?

本發(fā)明還提供一種對設(shè)備要求不高，且能耗較低，制備具有優(yōu)異三階光學(xué)非線性的CdS/SiO₂復(fù)合薄膜的電化學(xué)－溶膠-凝膠法。?