CN104090448A - 二氧化钛阵列膜作为二阶非线性光学材料的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于非线性光学材料领域，特别涉及二氧化钛阵列膜作为二阶非线性光学材料的应用，所述的二氧化钛阵列膜由定向排列的二氧化钛纳米棒或纳米管组成。与现有二阶非线性光学材料相比，该材料的突出特点是：具有较大的二次谐波发生性能；相位匹配易于实现，应用过程中可简化光路设计；制备工艺简单，原料便宜，制备成本低；物化稳定性好，综合性能优良。

Description

二氧化钛阵列膜作为二阶非线性光学材料的应用
技术领域
本发明涉及二氧化钛阵列膜作为二阶非线性光学材料的应用，属于非线性光学材料领域，也属于无机化学领域和材料科学领域。
背景技术
作为光学领域的重要基础材料，非线性光学材料在光功能器件设计和研发过程中占有重要的地位。自从1961年Franken等人首次发现倍频效应以来，经多年理论和应用的发展，非线性光学逐步成为光学领域的一个重要分支，理论不断完善，而且在频率变换、光调制等光功能器件方面获得了广泛的应用。
考虑到在光通讯、光存储和激光遥感等领域的重要作用，二阶非线性光学材料的研发是国内外的研发热点。现有的商品化二阶非线性光学晶体材料，具有显著的宏观二次谐波发生性能，但培养大单晶复杂的制备工艺导致二阶非线性光学晶体材料的制备成本相对较高，相位匹配的精确严格要求使应用过程中需进行复杂的光路设计。因此，研制制备成本低和相位匹配易于实现的二阶非线性光学材料，对非线性光功能器件的研制和开发具有积极的推动作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供二氧化钛阵列膜作为二阶非线性光学材料的应用，所述二氧化钛阵列膜具有较大的二次谐波发生性能，相位匹配易于实现，而且稳定性好。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
二氧化钛阵列膜作为二阶非线性光学材料的应用。
按上述方案，所述二氧化钛阵列膜的厚度为1-20μm。
按上述方案，所述二氧化钛阵列膜是定向排列的二氧化钛纳米棒或纳米管组成。
按上述方案，所述定向排列二氧化钛纳米棒厚度优选为4～20μm，所述纳米棒直径优选40-200nm，二氧化钛晶型优选为金红石相。
按上述方案，所述定向排列二氧化钛纳米管厚度优选为4～20μm，所述纳米管外径优选50-150nm，管壁厚度优选10-30nm，二氧化钛晶型优选锐钛矿相。
按上述方案，所述二氧化钛阵列膜具有较强的二次谐波发生性能。
按上述方案，所述二氧化钛阵列膜作为二阶非线性光学材料，透过窗口为0.43～10.5μm波段范围。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、二氧化钛阵列膜早已有文献报道，但从未有文献报道二氧化钛阵列膜的二阶非线性光学性能。本发明首次发现二氧化钛阵列膜可以作为二阶非线性光学材料来应用，具有较强的二次谐波发生性能，透过窗口为0.43～10.5μm波段范围，而且相位匹配易于实现，应用过程中无需复杂的光路设计。
2、本发明所采用的二氧化钛阵列膜可采用阳极氧化法、水热合成法等简单的化学合成方法制备，制备工艺简单，原料便宜，制备成本低，而且二氧化钛阵列膜的物化稳定性好，综合性能优良。
附图说明
图1是光学二次谐波发生性能测试的设备框图。
其中1.激光器；2.可见截止红外透过滤光片；3.三棱镜；4.三棱镜；5.凹透镜；6.凸透镜；7.可见截止红外透过滤光片；8.样品台；9.样品；10.步进电机；11.可见透过红外截止滤光片；12.光电倍增管；13.示波器；14.积分卡；15.计算机。
图2是实施例1中二氧化钛纳米棒阵列的场发射扫描电镜断面图。
图3是厚度为1mmY切石英晶体的二阶非线性光学性能图谱。
图4是实施例1中二氧化钛纳米棒阵列膜的二阶非线性光学性能图谱。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
二氧化钛阵列膜作为二阶非线性光学材料的应用，所述二氧化钛阵列膜是由定向排列的二氧化钛纳米棒组成。所述定向排列二氧化钛纳米棒厚度为20微米，所述纳米棒直径为180～200nm，二氧化钛晶型为金红石相。
二氧化钛纳米棒阵列制备方法参考文献【Zeng T,Tao HZ,Sui XT,Zhou XD,Zhao XJ,Growth of free-standing TiO2nanorod arrays and its application in CdS quantum dots-sensitizedsolar cells,Chemical Physics Letters2011,508(1-3)130-133】，采用水热合成方法，具体步骤如下：
首先取3mlTiCl4、25ml蒸馏水、35ml浓度为37％的浓盐酸放入水热釜中；然后把镀有SnO2晶种层的载玻片放入水热釜中，密闭水热釜，在150℃温度下水热反应20小时；取出生长有阵列膜的载波片，用蒸馏水清洗干净，在50℃的烘箱中烘干24小时，阵列膜便可自动从载波片上脱落，从而获得二氧化钛纳米棒阵列膜。
根据场发射扫描电镜断面图(图2)，结合X-射线衍射图谱和透射电镜分析，证实所制备二氧化钛阵列膜是沿着(002)晶面生长的直径为180～200nm厚度为20微米的二氧化钛单晶纳米棒阵列，其晶型为金红石相。
上述制备的二氧化钛纳米棒阵列的二阶非线性光学性能由图1所示的麦克条纹法非线性光学性能测试仪评估。具体的操作步骤如下：将1mm厚的Y切石英晶体置于旋转台内的样品台上，通过样品台的旋转，获得如图3所示的二阶非线性光学性能图谱，该图谱与其它二阶非线性光学晶体材料的图谱类似，说明必须满足相位匹配角，才能实现二阶非线性光学功能的最大化。其它条件不变的条件下，将上述制备的二氧化钛纳米棒阵列膜置于样品台上，获得如图4所示的二阶非线性光学性能图谱，该图谱与二阶非线性光学晶体材料的图谱不同，任意角度均具有强的二阶非线性光学性能，说明相位匹配容易实现，应用过程中无需复杂的光路设计；所制备二氧化钛纳米棒阵列膜的二次谐波发生强度是厚度为1mmY-切石英晶体的5倍。
实施例2
二氧化钛阵列膜作为二阶非线性光学材料的应用，所述二氧化钛阵列膜是由定向排列的二氧化钛纳米管组成。所述定向排列二氧化钛纳米管厚度为20微米，所述纳米管外径为130～150nm，管壁厚度为20～30nm，二氧化钛晶型为锐钛矿相。
二氧化钛纳米管阵列制备方法参考文献【Wang XL,Zheng J,Sui XT,Xie H,Liu BS,ZhaoXJ,CdS quantum dots sensitized solar cells based on free-standing and through-hole TiO2nanotubearrays,Dalton Transactions,2013,42(41)14726-14732】，采用阳极氧化方法，具体步骤如下：
首先将钛基片清洗干净，放入含有0.25wt.％NH4F的乙二醇溶液中，在50V电压下阳极氧化20小时；将阳极氧化的钛片取出，放入温度设定为200℃的烘箱中12小时；再将阳极氧化的钛片放入温度设定为450℃的电阻炉中2小时，完成晶化；最后通过剥离，获得二氧化钛纳米管阵列膜。
根据场发射扫描电镜断面图，结合X-射线衍射图谱、场发射扫描电镜和透射电镜图谱分析，证实所制备二氧化钛阵列膜是厚度为20微米的多晶二氧化钛纳米管阵列，外径为130～150nm，管壁厚度为20～30nm，二氧化钛是锐钛矿晶型。
上述制备的二氧化钛纳米管阵列的二阶非线性光学性能由图1所示的麦克条纹法非线性光学性能测试仪评估。与实施例1中的二阶非线性光学性能测试方法类似，获得的二氧化钛纳米管阵列膜的二阶非线性光学性能图谱，与实施例1的二氧化钛纳米棒阵列膜的二阶非线性光学性能图谱类似，任意角度均具有强的二阶非线性光学性能，说明相位匹配容易实现，应用过程中无需复杂的光路设计；所制备二氧化钛纳米棒阵列的二次谐波发生强度是Y-切石英晶体的4.5倍。
实施例3
二氧化钛阵列膜作为二阶非线性光学材料的应用，所述二氧化钛阵列膜是由定向排列的二氧化钛纳米棒组成。所述定向排列二氧化钛纳米棒厚度为4微米，所述纳米棒直径为40～50nm，二氧化钛晶型为金红石相。
上述制备的二氧化钛纳米棒阵列的二阶非线性光学性能由图1所示的麦克条纹法非线性光学性能测试仪评估。所述二氧化钛阵列膜的二次谐波发生强度是厚度为1mmY-切石英晶体的2.5倍。
二氧化钛纳米棒阵列制备方法参考文献【Liu Bin，Eray S.Aydil，Growth of OrientedSingle-Crystalline Rutile TiO2Nanorods on Transparent Conducting Substrates for Dye-SensitizedSolar Cells，J.AM.CHEM.SOC.2009,131,3985–3990】，采用水热合成方法，具体步骤如下：
首先取1ml钛酸四丁酯、25ml蒸馏水、5ml饱和NaCl溶液、30ml浓度为37％的浓盐酸放入水热釜中；然后把镀有SnO2晶种层的载玻片放入水热釜中，密闭水热釜，在160℃温度下水热反应10小时；取出生长有阵列膜的载波片，用蒸馏水清洗干净，在50℃的烘箱中烘干24小时，阵列膜便可自动从载波片上脱落，从而获得所述二氧化钛纳米棒阵列膜。
根据场发射扫描电镜断面图，结合X-射线衍射图谱和透射电镜分析，证实所制备二氧化钛阵列膜是沿着(002)晶面生长的直径为40～50nm厚度为4微米长的二氧化钛单晶纳米棒阵列，二氧化钛为金红石晶型。
实施例4
二氧化钛阵列膜作为二阶非线性光学材料的应用，所述二氧化钛阵列膜是由定向排列的二氧化钛单晶纳米棒组成。所述定向排列二氧化钛纳米棒厚度约为8微米，所述纳米棒直径为100～120nm，二氧化钛晶型为金红石相。
上述制备的二氧化钛纳米棒阵列的二阶非线性光学性能由图1所示的麦克条纹法非线性光学性能测试仪评估。所述二氧化钛阵列膜的二次谐波发生强度是厚度为1mmY-切石英晶体的4倍。
二氧化钛纳米棒阵列制备方法参考文献【Liu Bin，Eray S.Aydil，Growth of OrientedSingle-Crystalline Rutile TiO2Nanorods on Transparent Conducting Substrates for Dye-SensitizedSolar Cells，J.AM.CHEM.SOC.2009,131,3985–3990】，采用水热合成方法，具体步骤如下：
首先取0.85ml钛酸四丁酯、30ml蒸馏水、30ml浓度为37％的浓盐酸放入水热釜中；然后把镀有SnO2晶种层的载玻片放入水热釜中，密闭水热釜，在150℃温度下水热反应18小时；取出生长有阵列膜的载波片，用蒸馏水清洗干净，在50℃的烘箱中烘干24小时，阵列膜便可自动从载波片上脱落，从而获得二氧化钛纳米棒阵列膜。
根据场发射扫描电镜断面图，结合X-射线衍射图谱和透射电镜分析，证实所制备二氧化钛阵列膜是沿着(002)晶面生长的直径为100～120nm厚度为8微米的二氧化钛单晶纳米棒阵列，二氧化钛为金红石晶型。
实施例5
二氧化钛阵列膜作为二阶非线性光学材料的应用，所述二氧化钛阵列膜是由定向排列的二氧化钛纳米管组成。所述定向排列二氧化钛纳米管厚度为4微米，所述纳米管外径为50～70nm，管壁厚度为10～15nm，二氧化钛晶型为锐钛矿相。
上述制备的二氧化钛纳米管阵列的二阶非线性光学性能由图1所示的麦克条纹法非线性光学性能测试仪评估。所述二氧化钛阵列膜的二次谐波发生强度是厚度为1mmY-切石英晶体的2倍。
首先将钛基片清洗干净，放入含有1wt.％NH4F的乙二醇溶液中，在20V电压下阳极氧化3小时；将阳极氧化的钛片取出，放入温度设定为200℃的烘箱中12小时；再将阳极氧化的钛片放入温度设定为450℃的电阻炉中2小时，完成晶化；最后通过剥离，获得二氧化钛纳米管阵列膜。
根据场发射扫描电镜断面图，结合X-射线衍射图谱和透射电镜图谱分析，证实所制备二氧化钛阵列膜是管壁厚为10～15nm，纳米管外径为50～70nm，厚度为4微米的多晶二氧化钛纳米管阵列，二氧化钛是锐钛矿晶型。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.二氧化钛阵列膜作为二阶非线性光学材料的应用。
2.根据权利要求1所述的二氧化钛阵列膜作为二阶非线性光学材料的应用，其特征在于所述二氧化钛阵列膜的厚度为1-20μm。
3.根据权利要求1所述的二氧化钛阵列膜作为二阶非线性光学材料的应用，其特征在于所述二氧化钛阵列膜是定向排列的二氧化钛纳米棒或纳米管组成。
4.根据权利要求3所述的二氧化钛阵列膜作为二阶非线性光学材料的应用，其特征在于所述定向排列二氧化钛纳米棒厚度为4～20μm，所述纳米棒直径为40-200nm，二氧化钛晶型为金红石相。
5.根据权利要求3所述的二氧化钛阵列膜作为二阶非线性光学材料的应用，其特征在于所述定向排列二氧化钛纳米管厚度为4～20μm，所述纳米管外径为50-150nm，管壁厚度为10-30nm，二氧化钛晶型为锐钛矿相。
6.根据权利要求1所述的二氧化钛阵列膜作为二阶非线性光学材料的应用，其特征在于所述二氧化钛阵列膜的透过窗口为0.43～10.5μm波段范围。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003124561A (ja) * 2001-10-11 2003-04-25 Sony Corp 光学被膜、光学被膜の成膜方法、半導体レーザ素子及びｓｈｇデバイス
US20110143923A1 (en) * 2008-06-03 2011-06-16 Basf Se Titanium dioxide composition comprising titanium dioxide nanoparticles, and preparation and use thereof
CN103193505A (zh) * 2013-03-26 2013-07-10 太原理工大学 一种二氧化钛/银核壳结构的光子晶体凹形薄膜的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003124561A (ja) * 2001-10-11 2003-04-25 Sony Corp 光学被膜、光学被膜の成膜方法、半導体レーザ素子及びｓｈｇデバイス
US20110143923A1 (en) * 2008-06-03 2011-06-16 Basf Se Titanium dioxide composition comprising titanium dioxide nanoparticles, and preparation and use thereof
CN103193505A (zh) * 2013-03-26 2013-07-10 太原理工大学 一种二氧化钛/银核壳结构的光子晶体凹形薄膜的制备方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JINGJING DU,ET AL.: "Effect of Electrolyte on the Morphology and Photocatalytic Properties of TiO2 Nanotube Arrays", 《ADVANCED OPTOELECTRONICS FOR ENERGY AND ENVIRONMENT》 *
L.FRANCIOSO等: "Gas sensing response improvement of well-aligned TiO2 nanowires array", 《IEEE SENSORS》 *
SUSANTA KUMAR DAS等: "Efficient second harmonic generation in ZnO nanorod arrays with broadband ultrashort pulses", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 *
SUSANTA KUMAR DAS等: "Highly efficient THG in TiO2 nanolayers for third-order pulse characterization", 《OPTICS EXPRESS》 *
YUAN DONG等: "Highly Ordered TiO2 Macropore Arrays as Transparent Photocatalysts", 《JOURNAL OF NANOMATERIALS》 *

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