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基于碳化钼/碳化钨复合材料的制备及非线性光学特性研究

【摘要】:纳米结构材料由于尺寸和形貌达到纳米级,具有特殊的表面效应和小尺寸效应,因此拥有一些有别于宏观体材料的、更多样化的特性。实验中,通过对尺寸及形貌的调控可以实现对纳米材料的某些光、电特性的调节,因此,纳米材料长期以来一直备受关注。因为其尺度极小,在应用上具有极大的优势,不论是掺杂还是分散在基质中,都可以完美的实现其功效,特别是在对受光材料的均匀性要求极高光学研究中。纳米材料的非线性光学研究也是新世纪研究热点,对不同种类、形貌的纳米材料的研究在光通信、光防护、光探测及光器件等方面都有广泛的应用前景。过渡金属碳化物材料以其优异的物理化学特性,如高熔点、高电导、化学稳定性好、电子结构多样化等,在电子学、催化、能源、光子学、机械等科学研究中都有较深入的探索。本论文主要研究VI-B元素簇中钨、钼金属碳化物纳米材料的三阶非线性光学吸收特性,主要研究内容如下:通过水热法合成氧化钨、氧化钨/氧化钼复合纳米材料,将氧化物材料与葡萄糖通过水浴合成碳化物前驱体,利用高温气体还原的方法成功制备了碳化物纳米材料。利用甲基丙烯酸甲酯作为载体制成具有纳米材料的有机玻璃,并对其进行光学测试。并利用电子扫描显微镜、紫外可见光光谱仪对材料的形貌及光谱吸收特性进行基本表征。结果表明,两种材料的形貌和尺寸都相对均匀,碳化钨纳米材料为纳米颗粒,碳化钨/碳化钼复合材料以棒状形式存在。制成的有机玻璃材料的可见光透过率较好,适宜于光学方面的应用。利用开孔Z-scan技术对碳化物材料制备的有机玻璃进行非线性光学测试。通过对实验数据的整理分析。纯WC纳米颗粒和碳化钨/碳化钼纳米棒复合材料均具有饱和吸收向反饱和吸收转换的特性。纯WC在高输入能量时,由于复杂的激发态跃迁,致其在增大能量时出现了饱和光强增大的现象,而非线性吸收系数有所减小。碳化钨/碳化钼复合材料在增大输入能量的过程中,表现出了更强的非线性吸收特性。利用能级跃迁理论分析纯碳化钨和碳化钨/碳化钼复合材料。纳米复合材料具有更优越的性能,其三阶非线性吸收系数随着能量的增加不断增大,在高能激光防护方面具有更好的应用价值。

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