[發(fā)明專利]一種提高石墨烯材料的三次諧波的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010045870.6
• 申請(qǐng)日: 2020-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN113120889B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉開輝;吳春春;洪浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/194
• 分類號(hào): C01B32/194;C01B32/186;C01B32/19;C01B19/04;C01B19/00;C01G11/02
• 代理公司: 北京萬象新悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11360
• 代理人: 賈曉玲

本發(fā)明提供一種提高石墨烯材料的三次諧波的方法，屬于光信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括：1)制備石墨烯材料，并測(cè)定石墨烯的三次諧波光譜；2)在石墨烯材料上涂覆量子點(diǎn)薄膜；3)選擇量子點(diǎn)的雙光子吸收波長(zhǎng)與激光器的發(fā)光波長(zhǎng)共振；實(shí)現(xiàn)石墨烯材料的三次諧波的增強(qiáng)。本發(fā)明通過QD涂層方法大大提高了石墨烯材料的非線性光學(xué)響應(yīng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高石墨烯材料的三次諧波的方法。

背景技術(shù)

對(duì)電子激發(fā)的強(qiáng)量子約束使膠體量子點(diǎn)Quantum Dots(QD)能夠通過簡(jiǎn)單地改變其物理尺寸來顯著改變其能帶結(jié)構(gòu)。這種光譜可調(diào)諧性，加上超高的量子產(chǎn)率、長(zhǎng)壽命的載流子壽命和基于溶液的過程使得量子點(diǎn)成為一種有吸引力的光活性材料，并使其能產(chǎn)生許多光子和光電子應(yīng)用。

非線性光學(xué)是現(xiàn)代光學(xué)的基石，它為二維材料的研究和先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展提供了巨大的潛力。然而，在2D材料中，有限的光-物質(zhì)相互作用長(zhǎng)度和相位匹配過程的缺乏，極大地限制了非線性信號(hào)強(qiáng)度，石墨烯和二維金屬表面就是如此。但是石墨烯的三次諧波發(fā)射Third Harmonic Generation(THG)轉(zhuǎn)換效率仍然太弱，無法應(yīng)用于實(shí)際。單分子檢測(cè)是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，三次諧波信號(hào)含有很多重要的相位信息，但是即使是在共振條件下，信號(hào)也很難被偵測(cè)到。將非線性信號(hào)提高到實(shí)際應(yīng)用水平或檢測(cè)水平一直是低維光學(xué)物理領(lǐng)域的一個(gè)長(zhǎng)期目標(biāo)。近年來，等離激元和超材料被報(bào)道具有量級(jí)上的非線性增強(qiáng)，但局域電場(chǎng)增強(qiáng)犧牲了重要的空間相位信息，同時(shí)也會(huì)對(duì)僅有納米厚度的材料造成輻照損傷；利用應(yīng)變、電場(chǎng)、摻雜或共振激發(fā)可以實(shí)現(xiàn)大面積均勻非線性增強(qiáng)，但一般都在10倍左右。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提出一種利用量子點(diǎn)提高石墨烯材料的三次諧波的方法。

本發(fā)明可通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種提高石墨烯材料的三次諧波的方法，其步驟包括：

1)制備石墨烯薄膜，并測(cè)定石墨烯薄膜的三次諧波光譜；

2)在石墨烯薄膜上涂覆量子點(diǎn)薄膜；

3)選擇量子點(diǎn)的雙光子吸收波長(zhǎng)與激光器的發(fā)光波長(zhǎng)共振；實(shí)現(xiàn)石墨烯材料的三次諧波的增強(qiáng)。

所述石墨烯薄膜為單層或多層。

所述量子點(diǎn)為殼芯結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)，其中，所述芯和所述殼的材料為IIB-VIA族化合物半導(dǎo)體材料。

所述芯的材料包括CdSe、CdS、CdTe或CdZnSe，所述殼的材料包括ZnSe、ZnS或ZnTe。

所述量子點(diǎn)薄膜的厚度為10nm—150nm。

所述涂覆量子點(diǎn)薄膜的工藝具體為，利用旋涂?jī)x器，旋涂量子點(diǎn)溶液，首先每秒500轉(zhuǎn)速進(jìn)行預(yù)轉(zhuǎn)，然后立刻用每秒1500轉(zhuǎn)至每秒5000轉(zhuǎn)旋涂，其中每秒3000轉(zhuǎn)旋涂效果最優(yōu)。

所述量子點(diǎn)溶液的溶質(zhì)為CdSe/ZnS殼芯結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)，量子點(diǎn)溶液的溶劑為甲苯、氯仿或者正己烷。

本發(fā)明的技術(shù)效果如下：

采用本發(fā)明，在石墨烯中被量子點(diǎn)的雙光子吸收所激發(fā)的能態(tài)可以因?yàn)榧ぐl(fā)態(tài)能量轉(zhuǎn)移(EnergyTransfer，ET)而被極大增強(qiáng)。在旋涂大約150nm的量子點(diǎn)薄膜后，單層石墨烯的THG強(qiáng)度提升了約50倍。

本發(fā)明通過QD涂層來大大提高石墨烯材料的非線性光學(xué)響應(yīng)。波長(zhǎng)依賴的測(cè)量結(jié)果表明，隨著石墨烯的THG的增強(qiáng)，量子點(diǎn)的雙光子誘導(dǎo)光致發(fā)光(TPPL)相應(yīng)降低，表明這種增強(qiáng)是量子點(diǎn)深能帶態(tài)激發(fā)能量轉(zhuǎn)移的結(jié)果，具有較強(qiáng)的雙光子吸收。用旋轉(zhuǎn)涂布CdSe/ZnS量子點(diǎn)在單層石墨烯上制備了QD/Graphene的混合結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)表明不管是機(jī)械剝離的單層石墨烯，還是轉(zhuǎn)移化學(xué)氣相沉積方法生長(zhǎng)的石墨烯，量子點(diǎn)都可以增強(qiáng)石墨烯的THG。

附圖說明