氧化石墨烯及其雜化材料超快光學(xué)非線性研究.pdf

1、石墨烯有著獨特的能帶結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性質(zhì)，這些性質(zhì)使其在光電子器件上有著潛在的應(yīng)用。然而，因為在溶劑中難溶等問題，石墨烯在光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。將石墨烯進(jìn)行氧化或雜化，在解決石墨烯溶解性問題的同時，也可以有效的改變其光電性質(zhì)。為了研究這些石墨烯基材料的非線性光學(xué)性質(zhì)，弄清石墨烯材料非線性光學(xué)性質(zhì)及機(jī)制同結(jié)構(gòu)變化的關(guān)系，進(jìn)而掌握通過石墨烯基材料結(jié)構(gòu)變化來調(diào)整石墨烯非線性光學(xué)性質(zhì)的規(guī)律和方法，有必要對不同的石墨烯基材料的非線性光學(xué)性質(zhì)和機(jī)制進(jìn)

2、行深入的研究，為石墨烯的非線性光學(xué)性質(zhì)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。在本論文中，使用時間分辨泵浦-探測技術(shù)和Z掃描技術(shù)對氧化石墨烯和石墨烯雜化材料的超快非線性機(jī)制和非線性光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究，豐富石墨烯非線性光學(xué)研究的內(nèi)容，比較不同方式制備的石墨烯基材料的非線性機(jī)制和性質(zhì)的差別。具體內(nèi)容如下:
　　1，對通過化學(xué)方法制備的不同氧化程度的石墨烯溶液進(jìn)行了超快動力學(xué)過程和光學(xué)非線性的研究，分析氧化石墨烯超快動力學(xué)過程和非線性吸收性質(zhì)同結(jié)構(gòu)的關(guān)系。由于G

3、O獨特的平面原子結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，使其在不同激發(fā)光強(qiáng)下的吸收性質(zhì)不同，這種不同的光子吸收過程和分布源自于GO中的sp2團(tuán)簇和sp3雜化區(qū)域。這個概念的提出，對非化學(xué)計量的GO的線性和非線性光學(xué)性質(zhì)的調(diào)控提供了可能的方法，即通過調(diào)節(jié)不同吸收區(qū)域的尺寸，形狀及相應(yīng)的位置來調(diào)控石墨烯的非線性光學(xué)性質(zhì)。因為GO為非化學(xué)計量的結(jié)構(gòu)，需要通過更多實驗研究來得到更多的信息，從而更好的理解GO的光電性質(zhì)。
　　2，研究了不同還原時間制備的氧化石墨烯

4、（通過阱蒸汽還原）的非線性光學(xué)性質(zhì)和超快動力學(xué)過程。獲得了還原氧化石墨烯的光學(xué)非線性和超快載流子弛豫同還原時間的關(guān)系。還原后的氧化石墨烯的飽和吸收性質(zhì)得以增強(qiáng)，載流子弛豫時間得以加快，這些性質(zhì)的改變是和還原后氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)相關(guān)。當(dāng)氧化石墨烯被還原到一定時間，增加還原時間不能將氧化石墨烯進(jìn)一步還原，只能改變還原氧化石墨烯的官能團(tuán)。同時，還原氧化石墨烯的載流子弛豫和飽和吸收性質(zhì)也不會隨還原時間發(fā)生明顯改變。這為通過控制氧化石墨烯的還原時間

5、來控制氧化石墨烯的非線性吸收提供借鑒。
　　3，研究了電弧放電法制備的少層氧化石墨烯(FGO)的超快動力學(xué)過程和非線性吸收性質(zhì)。在少層氧化石墨烯片中，邊緣被少量氧化，石墨烯片平面仍保留著大面積的sp2雜化碳原子，層數(shù)為3到5層。通過實驗結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)FGO保留著本征的石墨烯的良好超快動力學(xué)過程和飽和吸收性質(zhì)。同時，又由于含有親水基團(tuán)——含氧官能團(tuán)，這就解決了石墨烯片可溶性問題，因此，少層氧化石墨烯在光電器件和超快光學(xué)方面有著很大的應(yīng)

6、用前景。
　　4，對三種不同含氧量的石墨烯雜化酞菁材料（G-Pc，GO-Pc和RGO-Pc）的非線性光學(xué)和光限制增強(qiáng)效應(yīng)進(jìn)行研究，并使用飛秒泵浦-探測測量技術(shù)深入地分析了這些材料的光限制機(jī)理。結(jié)果表明，石墨烯和酞菁共價雜化后，石墨烯和酞菁間存在強(qiáng)相互作用。兩者之間具有能量和電子轉(zhuǎn)移，材料的非線性光學(xué)性質(zhì)得到很大的提高。在三種不同含氧量的雜化材料中，RGO-ZnPc在納秒脈沖下表現(xiàn)出最好的光限制效應(yīng)，由于它具有高的非線性吸收系數(shù)和高