[發明專利]一種石墨烯/聚吡咯甲烯三階非線性光學復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201711351634.1
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108047406B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 李寶銘;百夢弟;施明偉
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: C08G12/40
• 分類號: C08G12/40;C08G12/26;C08K9/04;C08K3/04;G02F1/361
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊;林文弘

本發明公開了一種石墨烯/聚吡咯甲烯三階非線性光學復合材料的制備方法，屬于非線性光學材料的制備領域。該制備方法包括以下步驟：將二氯乙酰氯改性石墨烯和3?酰基吡咯在酸性條件下混合后，再加入4?烷氧基苯甲醛，反應得到石墨烯/聚吡咯甲烷復合材料；再對制備的石墨烯/聚吡咯甲烷復合材料進行醌化處理，制得所述石墨烯/聚吡咯甲烯三階非線性光學復合材料。本發明制備的石墨烯/聚吡咯甲烯三階非線性光學復合材料不僅能夠均勻地分散在二氯甲烷、氯仿、甲苯等低沸點溶劑中，成膜性優良，而且具有較窄的光學帶隙和較大的三階非線性光學極化率，在光調制器、變頻器和全光開關等領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于非線性光學材料的制備領域，具體涉及一種石墨烯/聚吡咯甲烯三階非線性光學復合材料的制備方法。

背景技術

近些年來，三階非線性光學共軛聚合物材料的研究引起人們的高度重視。同無機非線性光學材料相比，三階非線性光學共軛聚合物材料具有非線性極化率大、易加工及分子設計簡便等優點。科學家經過調研后發現，三階非線性光學共軛聚合物材料將在光通訊用的光電調制器件、光計算用的神經網絡、空間光調制器、光開關器件以及全光串行處理元件等許多方面得以應用。理論分析表明，具有較長共軛長度和較窄能帶寬度的共軛聚合物是三階非線性光學材料的首選材料。聚吡咯甲烯是一種新型的三階非線性光學共軛聚合物材料，與其它共軛聚合物材料相比，具有較窄的能帶寬度、較大的π電子離域性、較高的非線性極化率和超快的非線性光學響應，是最有希望實際應用的三階非線性光學共軛聚合物之一。但是目前聚吡咯甲烯的合成路線和工藝尚不成熟，只有西安交通大學、浙江大學等少數高校和科研機構進行相關的研究工作，合成的聚吡咯甲烯衍生物只能溶于部分強極性有機溶劑、不易成膜、加工困難，另外，三階非線性極化率最大只能達到10^-8 esu，尚不能滿足實際應用的要求。中國發明專利（授權號：ZL201010545653.X）公開了一種聚吡咯甲烯的制備方法，該聚吡咯甲烯可以溶于氯仿、苯等低沸點溶劑中，溶解性和成膜性優良，光學帶隙和三階非線性光學極化率分別為1.84 eV和1.22×10^-8 esu。石墨烯是目前最理想的二維納米材料，其基本結構單元為有機材料中最穩定的苯六元環。同富勒烯與碳納米管相比，石墨烯具有成本低廉、原料易得的優點，特別是改性石墨烯表面含有大量的反應官能團，非常適用于開發高性能石墨烯/聚合物復合材料。研究結果顯示，石墨烯不論是以分子間作用力與共軛聚合物復合還是以化學鍵合與共軛齊聚物復合，均能夠使共軛聚合物與石墨烯之間形成電荷轉移效應，引起共軛聚合物的π電子離域性增強，產生附加偶極矩，導致共軛聚合物的非線性光學性能顯著提高。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術不足，提供一種石墨烯/聚吡咯甲烯三階非線性光學復合材料的制備方法。本發明制備的石墨烯/聚吡咯甲烯三階非線性光學復合材料不僅能夠均勻地分散在二氯甲烷、氯仿、甲苯等低沸點溶劑中，成膜性優良，而且具有較窄的光學帶隙和較大的三階非線性光學極化率，在光調制器、變頻器和全光開關等領域具有廣闊的應用前景。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

將二氯乙酰氯改性石墨烯添加到聚吡咯甲烯的縮合聚合反應體系中，制備得到石墨烯/聚吡咯甲烯三階非線性光學復合材料。

制備方法包括以下步驟：

（1）將二氯乙酰氯改性石墨烯和3-酰基吡咯加入到二氯甲烷中，超聲分散，同時滴加濃鹽酸，調控混合體系的pH值；

（2）在N₂保護下，將4-烷氧基苯甲醛加入到步驟（1）制備的混合體系中，超聲反應后，分離、浸泡、洗滌、干燥，得到石墨烯/聚吡咯甲烷復合材料；

（3）利用四氯苯醌對步驟（2）制備的石墨烯/聚吡咯甲烷復合材料進行醌化處理，分離、洗滌、干燥后，得到石墨烯/聚吡咯甲烯復合材料，即為所述石墨烯/聚吡咯甲烯三階非線性光學復合材料。

更具體的步驟如下：