CN115141397A - 一种复合薄膜、复合薄膜的制备方法和应用 - Google Patents

一种复合薄膜、复合薄膜的制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN115141397A
CN115141397A CN202210946363.9A CN202210946363A CN115141397A CN 115141397 A CN115141397 A CN 115141397A CN 202210946363 A CN202210946363 A CN 202210946363A CN 115141397 A CN115141397 A CN 115141397A
Authority
CN
China
Prior art keywords
eosin
zinc phthalocyanine
absorption
pva
composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210946363.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115141397B (zh
Inventor
陈刚
王娅
朱建华
何俊
李佳佳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Petroleum University
Original Assignee
Southwest Petroleum University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Petroleum University filed Critical Southwest Petroleum University
Priority to CN202210946363.9A priority Critical patent/CN115141397B/zh
Publication of CN115141397A publication Critical patent/CN115141397A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115141397B publication Critical patent/CN115141397B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2329/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal, or ketal radical; Hydrolysed polymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids; Derivatives of such polymer
    • C08J2329/02—Homopolymers or copolymers of unsaturated alcohols
    • C08J2329/04—Polyvinyl alcohol; Partially hydrolysed homopolymers or copolymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/0091—Complexes with metal-heteroatom-bonds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/04—Oxygen-containing compounds
    • C08K5/15—Heterocyclic compounds having oxygen in the ring
    • C08K5/151—Heterocyclic compounds having oxygen in the ring having one oxygen atom in the ring
    • C08K5/1545—Six-membered rings

Abstract

本发明公开了一种曙红Y/酞菁锌复合PVA薄膜，其中，曙红Y具有较强的饱和吸收，酞菁锌具有较强的反饱和吸收。吸收特性随着物质之间质量分数变化而变化，通过调整质量分数配比可调控透过率，调节材料的非线性吸收系数，实现了一种复合材料同时具备饱和吸收与反饱和吸收两种性质，进一步，获得的复合薄膜材料的非线性吸收性质可以自由调节。

Description

一种复合薄膜、复合薄膜的制备方法和应用
技术领域
本发明属于光学材料领域，尤其涉及一种非线性吸收系数可自由调节的新型复合膜
背景技术
强激光会对人眼及光传感器产生永久性损伤，随着激光的发展和应用，促使人们寻求有效的防护手段，开发新型光限幅器。因特殊的分子和能级结构，现有的光学材料具有非线性吸收性质，折射率和吸收系数随光强变化，从而改变辐射光的相位、振幅、偏振、传输方向等，可用于制造光开关、逻辑门、光信号处理器等，在激光、通讯、光电仪器等领域有重要的应用价值。
现有的光学复合膜只有单一的饱和吸收或反饱和吸收特性，根据实际要求提出一种同时表现出饱和吸收与反饱和吸收特性的光学复合膜显得十分必要。
发明内容
本发明提供一种非线性吸收系数可自由调节的新型复合膜，其，实现了饱和吸收与反饱和吸收间的调节功能，同时，首次提出利用聚乙烯醇、曙红Y和酞菁锌的制备为复合膜。
本发明为解决上述问题的技术方案是：
一种复合薄膜，包括：聚乙烯醇、饱和吸收材料和反饱和吸收材料，其中，所述饱和吸收材料为曙红Y；所述反饱和吸收材料为酞菁锌。
利用PVA无非线性吸收，不影响曙红Y与酞菁锌的吸收特性，PVA只提供良好的分散成膜环境。进一步的，所述曙红Y低光强透过率小吸收较大，高光强透过率大吸收较小。酞菁锌在焦点附近透过率小，远离焦点处未激发反饱和吸收时透过率大。
该复合薄膜别在低光强与高光强下都有良好的吸收，同时，透过率被限制在一定范围。
一种制备复合薄膜溶液，按照质量份数包括：
曙红Y1.5-3.0份；聚乙烯醇5000份；酞菁锌45-65份；去离子水100000份；
优选的，复合薄膜溶液曙红Y0.015-0.03g；聚乙烯醇50g；酞菁锌0.45-0.65g；去离子水1000g。
优选的，按照质量份数包括：
曙红Y1.5份；聚乙烯醇5000份；酞菁锌65份；去离子水100000份。
为得到非线性吸收系数可自由调节的新型复合膜，本发明还提出复合薄膜制备方法，包括：
S1、配制质量分数5％的PVA溶液；
S2、向S1所得的PVA溶液加入一定量的曙红Y和酞菁锌；
S3、先45℃恒温下用磁力搅拌机，搅拌S2所得的混合液1小时，再采用频率为20kHz功率为20kW的超声波搅拌S2所得的混合液20分钟，冷却10分钟，以此频率搅拌2小时，得到混合均匀曙红Y/酞菁锌复合的PVA溶液，超声处理后酞菁锌颗粒尺寸更小更均匀；控制酞菁锌颗粒尺寸在纳米级，其，颗粒被包裹在基体PVA分子间；
S4、分别取10mL均匀曙红Y/酞菁锌复合PVA溶液，浇铸到9cm×12cm的洁净玻璃基板上，玻璃基板水平置于洁净暗室4-5天，得到曙红Y/酞菁锌复合PVA薄膜。
根据复合膜的特性，还提出调节复合膜非线性吸收系数的方法，
获得聚乙烯醇和酞菁锌溶液；
保持所述酞菁锌浓度不变；
向所述聚乙烯醇和酞菁锌溶液中加入适一定量的和曙红Y；
随着，曙红Y在所述溶液中的浓度变化，调节非线性吸收系数。
进一步的，非线性吸收系数可自由调节的新型复合膜，用于制作新型光开关、限幅器与锁模器。
本发明的有益效果：实现了，一种材料同时具备两种性质，同时具备饱和吸收与反饱和吸收。进一步的材料的非线性性质就可以得到调节。
附图说明
图1为复合薄膜FH3实物和SEM图片，其中，(a)复合薄膜FH3实物；(b)复合薄膜FH3的SEM图片；
图2为薄膜PVA，EY/PVA，ZnPc/PVA，FH2，FH4的紫外-可见光吸收光谱；
图3为开孔Z扫描实验装置和原理；
图4为开孔Z扫描曲线图，其中，(a)聚乙烯醇(PVA)薄膜；(b)不同浓度的曙红Y/PVA薄膜；
图5为不同浓度的酞菁锌/PVA薄膜的开孔Z扫描曲线；
图6为不同浓度曙红Y/酞菁锌复合PVA薄膜的开孔Z扫描曲线，其中，(a)(b)复合薄膜FH1；(c)(d)复合薄膜FH2；(e)(f)复合薄膜FH3；(g)(h)复合薄膜FH4；
图7为曙红Y/酞菁锌复合PVA薄膜FH3，FH4，0.65g·L-1酞菁锌/PVA薄膜的归一化透过率与入射光强的关系。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例
如图1所示，一种复合薄膜，包括：聚乙烯醇、饱和吸收材料和反饱和吸收材料，其中，所述饱和吸收材料为曙红Y；所述反饱和吸收材料为酞菁锌。图1(a)左为曙红Y/酞菁锌复合PVA薄膜实物，图1(a)右为对照洁净基板。图1(b)为薄膜的SEM照片，显示出酞菁锌颗粒尺寸在纳米级，颗粒被包裹在基体PVA分子间。
如图2所示，PVA薄膜无明显特征吸收峰，曙红Y/PVA薄膜在528nm附近出现尖锐的吸收峰。酞菁锌/PVA薄膜在519nm附近出现吸收谷，在文中光源波长532nm附近显示出弱的线性吸收，同时在Q带678nm附近有弱的吸收峰。复合薄膜FH2、FH4在528nm与678nm附近都显示出特征吸收峰，未出现其他特征峰，表明复合薄膜是曙红Y与酞菁锌的物理组合，具有曙红Y与酞菁锌的吸收特性。
复合薄膜制备方法，包括：
S1、配制质量分数5％的PVA溶液；
S2、向S1所得的PVA溶液加入一定量的曙红Y和酞菁锌；
S3、先45℃恒温下用磁力搅拌机，搅拌S2所得的混合液1小时，再采用频率为20kHz功率为20kW的超声波搅拌S2所得的混合液20分钟，冷却10分钟，以此频率搅拌2小时，得到混合均匀曙红Y/酞菁锌复合的PVA溶液，超声处理后酞菁锌颗粒尺寸更小更均匀；控制酞菁锌颗粒尺寸在纳米级，其，颗粒被包裹在基体PVA分子间；
S4、分别取10mL均匀曙红Y/酞菁锌复合PVA溶液，浇铸到9cm×12cm的洁净玻璃基板上，玻璃基板水平置于洁净暗室4-5天，得到曙红Y/酞菁锌复合PVA薄膜。
实验例
(一)制备样品
物质的选取：
1、曙红Y(EY)分子量691.85，曙红Y是一种还原性和弱光解的染料，光引发效率高，常被应用于光引发体系。分子有单重态-三重态能级结构，单重态跃迁到三重态的几率较大，吸收光谱宽，线性吸收峰在528.7nm，吸收截面在10-16cm2量级；
2、酞菁锌(ZnPc)分子量为577.91，分子***无取代物。酞菁锌分子是五能级结构，分子吸收光能由基态跃迁到两个单重激发态，单重激发态经系间窜越到三重激发态，长寿命三重激发态积累分子数，进而跃迁到高能级三重激发态，实现强辐射光的吸收；
3、聚乙烯醇(PVA)是具有优异物理和化学性质的多羟基聚合物，如水溶性高、光透过率高、稳定性好、成薄膜性好等，广泛应用于工业、医疗和生物学领域。聚合度多样，分子量有几千到几十万，不同分子量会影响纳米颗粒的分散度。文中采用聚乙烯醇作为薄膜基体。
制备曙红Y/PVA薄膜步骤如下：
S1、配制质量分数5％的PVA溶液；
S2、向S1所得的PVA溶液加入一定量的曙红Y；
S3、在45℃恒温下用磁力搅拌机，搅拌S2所得的混合液1小时，得到均匀曙红Y/PVA溶液；
S4、别取10mL均匀曙红Y/PVA溶液，浇铸到9cm×12cm的洁净玻璃基板上，玻璃基板水平置于洁净暗室4-5天，得到曙红Y/PVA薄膜。
制备酞菁锌/PVA薄膜步骤如下：
S1、配制质量分数5％的PVA溶液；
S2、向S1所得的PVA溶液加入一定量的酞菁锌；
S3、在室温采用频率为20kHz功率为20kW的超声波搅拌S2所得的混合液20分钟，冷却10分钟，以此频率搅拌2小时，得到混合均匀酞菁锌/PVA溶液，超声处理后酞菁锌颗粒尺寸更小更均匀；
S4、取10mL均匀均匀酞菁锌/PVA溶液，浇铸到9cm×12cm的洁净玻璃基板上，玻璃基板水平置于洁净暗室4-5天，得到酞菁锌/PVA薄膜。
制备曙红Y/酞菁锌复合PVA薄膜步骤如下：
S1、配制质量分数5％的PVA溶液；
S2、向S1所得的PVA溶液加入一定量的曙红Y和酞菁锌；
S3、先45℃恒温下用磁力搅拌机，搅拌S2所得的混合液1小时，再采用频率为20kHz功率为20kW的超声波搅拌S2所得的混合液20分钟，冷却10分钟，以此频率搅拌2小时，得到混合均匀曙红Y/酞菁锌复合的PVA溶液，超声处理后酞菁锌颗粒尺寸更小更均匀；
S4、分别取10mL均匀曙红Y/酞菁锌复合PVA溶液，浇铸到9cm×12cm的洁净玻璃基板上，玻璃基板水平置于洁净暗室4-5天，得到曙红Y/酞菁锌复合PVA薄膜。
获得曙红Y/PVA薄膜(EY/PVA)、酞菁锌/PVA薄膜(ZnPc/PVA)和曙红Y/酞菁锌复合PVA薄膜(FH)的样品，所述曙红Y/酞菁锌复合PVA薄膜根据各个物质组份的不同编号为FH1-FH4。
取不同曙红Y/PVA薄膜(EY/PVA)溶液浓度，用溶液浇铸法制备纳米颗粒分散均匀、表面平整的薄膜样品，
其中，浓度分别为：1.5×10-2g·L-1，3.0×10-2g·L-1，4.5×10-2g·L-1。
取不同酞菁锌/PVA薄膜(ZnPc/PVA)溶液浓度，用溶液浇铸法制备纳米颗粒分散均匀、表面平整的薄膜样品，
其中，浓度分别为：0.45g·L-1，0.65g·L-1。
取不同曙红Y/酞菁锌复合PVA薄膜(FH)溶液浓度，用溶液浇铸法制备纳米颗粒分散均匀、表面平整的薄膜样品，其中，
曙红Y/酞菁锌复合PVA薄膜FH1：酞菁锌的浓度为0.45g·L-1，曙红Y的浓度为1.5×10-2g·L-1；
曙红Y/酞菁锌复合PVA薄膜FH2：酞菁锌的浓度为0.45g·L-1，曙红Y的浓度为3.0×10-2g·L-1；
曙红Y/酞菁锌复合PVA薄膜FH3：酞菁锌的浓度为0.65g·L-1，曙红Y的浓度为1.5×10-2g·L-1；
曙红Y/酞菁锌复合PVA薄膜FH4：酞菁锌的浓度为0.65g·L-1，曙红Y的浓度为3.0×10-2g·L-1。
(二)选取实验方法和装置
非线性折射率系数和吸收系数是体现材料非线性光学特性的重要参数。Z扫描法是比非线性干涉法、简并四波混频法等更为简便灵敏的测量材料非线性光学性质的方法，仅用单光束即可测量材料的非线性折射率系数和吸收系数的数值及正负。在闭孔下测量非线性折射率系数，在开孔下测量非线性吸收系数。
本实验采用图3所示开孔Z扫描装置研究曙红Y/PVA薄膜(EY/PVA)、酞菁锌/PVA薄膜(ZnPc/PVA)和曙红Y/酞菁锌复合PVA薄膜(FH)样品的非线性吸收特性。
单一PVA薄膜、曙红Y/PVA薄膜和酞菁锌/PVA薄膜实验对比
利用材料的吸收系数与入射光强的关系为
α＝α0+βI (1)
式中：α0为低光强下的线性吸收系数，β为非线性吸收系数，I为光强。非线性吸收类型决定β与光强的关系，β会随光强增加而改变正负，不同波长下也会表现出不同的关系。
取正透镜L焦点处z＝0，归一化透过率与z的关系为
Figure BDA0003787526260000061
式中：q0(z)＝βI0Leff/[1+(z/z0)2]，
Figure BDA0003787526260000062
为焦点处光强，E0为脉冲能量，τ为脉冲宽度，等效厚度Leff＝[1-exp(-α0l)]/α0，线性吸收系数α0＝-ln(T)/l，l＝40μm为薄膜厚度，瑞利长度
Figure BDA0003787526260000063
ω0为束腰半径。三阶非线性极化率的虚部Imχ(3)与非线性吸收系数β的关系为
Figure BDA0003787526260000064
式中：ε0、c、n0分别为真空介电常数、光速及样品线性折射率。
如图4所示，开孔Z扫描曲线图，其中，(a)聚乙烯醇(PVA)薄膜；(b)不同浓度的曙红Y/PVA薄膜，用图3所示装置测得纯聚乙烯醇薄膜的Z扫描曲线如图4(a)所示，聚乙烯醇无非线性吸收效应。配制曙红Y的PVA溶液，溶液浇铸法制成曙红Y/PVA薄膜。用图3装置测得曙红Y/PVA薄膜的Z扫描曲线如图4(b)所示。吸收系数随光强增加而减小，光学吸收减少，材料就像被“漂白”。曙红Y性质稳定，重复测量吸收系数稳定。曙红Y在低光强下即可激发饱和吸收，低光强吸收系数较大，摩尔吸光系数高，表明它有较好的光引发效率。高质量分数薄膜饱和吸收强。用(2)式分别拟合三种样品的实验数据，得到相应参数如表1所示。
图5所示，不同浓度的酞菁锌/PVA薄膜的开孔Z扫描曲线，配制酞菁锌的PVA溶液，溶液浇铸法制成酞菁锌/PVA薄膜。用图3装置测得酞菁锌/PVA薄膜的Z扫描曲线如图5所示。在纳秒脉冲激光下，曲线呈单谷特征，表明酞菁锌/PVA薄膜有反饱和吸收，非线性吸收系数β为正。酞菁锌激发态吸收截面3.2倍于基态吸收截面，使酞菁锌产生反饱和吸收。弱光下几乎透明，强光下吸收增加，材料就像被“染黑”。用(2)式分别拟合两种样品的实验数据，得到参数如表1所示。
表1曙红Y与酞菁锌薄膜的参数
Figure BDA0003787526260000065
Figure BDA0003787526260000071
可以看出，在脉冲激光作用下，Z扫描显示曙红Y具有饱和吸收特性，非线性吸收系数β随质量分数增加而增大。酞菁锌具有反饱和吸收特性，非线性吸收系数β随质量分数增加而增大，两者稳定性好。
曙红Y/酞菁锌复合PVA薄膜实验
材料同时发生符号相反的非线性吸收时，总吸收系数为
Figure BDA0003787526260000072
式中：α0/(1+I/Is)为饱和吸收的作用，βI为反饱和吸收的作用，Is为饱和光强。
开孔时，归一化透过率为
Figure BDA0003787526260000073
式中：α(I)为(4)式所示，用(5)式拟合透过率实验数据即可获得β与Is数值。
如表2所示,四种浓度曙红Y/酞菁锌复合PVA薄膜，其中，
FH1：酞菁锌的浓度为0.45g·L-1，曙红Y的浓度为1.5×10-2g·L-1；
FH2：酞菁锌的浓度为0.45g·L-1，曙红Y的浓度为3.0×10-2g·L-1；
FH3：酞菁锌的浓度为0.65g·L-1，曙红Y的浓度为1.5×10-2g·L-1；
FH4：酞菁锌的浓度为0.65g·L-1，曙红Y的浓度为3.0×10-2g·L-1。
在两种光强I0下，用图3装置测得四种薄膜的Z扫描曲线如图6所示，方格为实验数据，实线是依据(4)，(5)式拟合的曲线，四种样品均表现出非线性吸收，拟合得到的参数如表2所示。当I0为9.40GW·cm-2时，远离焦点的弱光强处，四种样品的透过率较小。
从正负方向焦点靠近，光强逐渐增大，透过率先增大后减小，在焦点处透过率到达极小，Z扫描曲线呈现“M”顶特征。远离焦点处表现为饱和吸收，而焦点附近表现为较强的反饱和吸收，存在从饱和吸收转变为反饱和吸收的机制。当I0为6.11GW·cm-2时，样品FH2观察不到明显的反饱和吸收，仅表现出曙红Y的饱和吸收。实验数据关于焦点未能完全对称，可能是由于采用10Hz的连续脉冲引发了热效应。
表2复合材料的构成
Figure BDA0003787526260000081
如图6所示，曙红Y/酞菁锌复合PVA薄膜的开孔Z扫描曲线。(a)(b)复合薄膜FH1；(c)(d)复合薄膜FH2；(e)(f)复合薄膜FH3；(g)(h)复合薄膜FH4；
因为如图4(a)所示，PVA无非线性吸收，不影响曙红Y与酞菁锌的吸收特性，进一步的，PVA只提供良好的分散成膜环境。进一步的，图6所示，曙红Y与酞菁锌的非线性可单独表现出来，没有消除彼此的吸收特性。复合材料同时兼备饱和吸收与反饱和吸收。
当酞菁锌质量分数相同时，曙红Y质量分数高的样品，顶谷变浅，反饱和吸收被抑制甚至被完全抑制，仅表现出饱和吸收，基态的饱和吸收有优先激发的优势。
当曙红Y质量分数相同时，酞菁锌质量分数高的样品，顶谷变深，反饱和吸收增强，高光强下激发态的反饱和吸收占优势。
如图7所示，酞菁锌/PVA薄膜的透过率随光强增大而逐渐降低，展示出光限幅行为。低光强下复合薄膜FH3、FH4透过率随光强增加而增大，为饱和吸收。在高光强下，透过率减小，为反饱和吸收，有光限幅行为。复合薄膜从饱和吸收转为反饱和吸收，存在转换光强阈值，转换光强阈值可由曙红Y的掺杂来调控。光强未到达材料的阈值光强时，材料表现为曙红Y的饱和吸收，光强大于材料的阈值光强时，材料表现出酞菁锌的反饱和吸收。这种独特的行为可用于被动激光锁模和光限幅。
如表2所示当酞菁锌浓度相同时，改变曙红Y的浓度可获得不同的非线性吸收系数β，在反饱和吸收材料里掺杂适量饱和吸收材料，可连续调节非线性吸收系数β，起到有效控制输出光强的目的，可用于新型光限幅器和光开关。
通过上述实验，
利用Z扫描技术研究了曙红Y、酞菁锌、曙红Y/酞菁锌复合薄膜的非线性吸收特性。在脉冲能量为130μJ、脉宽为4ns、波长为532nm激光作用下，曙红Y具有较强的饱和吸收，酞菁锌具有较强的反饱和吸收，吸收特性随着质量分数增加而增强，重复测试表明两者都具有良好的稳定性。
曙红Y/酞菁锌复合PVA薄膜兼备饱和吸收与反饱和吸收，未消除彼此的吸收特性，复合材料可弥补单一材料吸收不足缺陷。低光强下曙红Y的饱和吸收占优势，高光强下酞菁锌的反饱和吸收占优势，两者吸收特性得到互补。
进一步，通过调整质量分数的配比可调控总吸收系数，实现饱和吸收与反饱和吸收间的互相调节，调节非线性吸收系数β，实现材料限幅特性的“加法”，达到有效调控输出光强的目的。本种复合材料可用于新型光限幅器、光开关及锁模器等，为制造特定吸收系数的光学器件提供思路。
实验还进行了其他部分材料的复合膜特征研究，虽然，有些复合材料能同时表现出饱和吸收与反饱和吸收特性，但是，激发的条件十分苛刻，没有曙红Y/酞菁锌复合PVA薄膜效果理想，同时，非线性吸收系数自由调节不容易控制。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种复合薄膜，其特征在于，包括：聚乙烯醇、饱和吸收材料和反饱和吸收材料，其中，所述饱和吸收材料为曙红Y；所述反饱和吸收材料为酞菁锌。
2.一种制备复合薄膜溶液，其特征在于，按照质量份数包括：
曙红Y1.5-3.0份；聚乙烯醇5000份；酞菁锌45-65份；去离子水100000份。
3.根据权利要求2所述的制备复合薄膜溶液，其特征在于，包括
曙红Y0.015-0.03g；
聚乙烯醇50g；
酞菁锌0.45-0.65g；
去离子水1000g。
4.根据权利要求2所述的制备复合薄膜溶液，其特征在于，
曙红Y1.5份；聚乙烯醇5000份；酞菁锌65份；去离子水100000份。
5.一种复合薄膜制备方法，其特征在于，包括：
S1、配制质量分数5％的PVA溶液；
S2、向S1所得的PVA溶液加入一定量的曙红Y和酞菁锌；
S3、先45℃恒温下用磁力搅拌机，搅拌S2所得的混合液1小时，再采用频率为20kHz功率为20kW的超声波搅拌S2所得的混合液20分钟，冷却10分钟，以此频率搅拌2小时，得到混合均匀曙红Y/酞菁锌复合的PVA溶液，超声处理后酞菁锌颗粒尺寸更小更均匀；
S4、分别取10mL均匀曙红Y/酞菁锌复合PVA溶液，浇铸到9cm×12cm的洁净玻璃基板上，玻璃基板水平置于洁净暗室4-5天，得到曙红Y/酞菁锌复合PVA薄膜。
6.一种调节复合膜非线性吸收系数的方法，其特征在于，
获得聚乙烯醇和酞菁锌溶液；
保持所述酞菁锌浓度不变；
向所述聚乙烯醇和酞菁锌溶液中加入适一定量的和曙红Y；
随着，曙红Y在所述溶液中的浓度变化，调节非线性吸收系数。
7.一种权利要求1所述复合膜的应用，用于制作新型光开关、限幅器与锁模器。
CN202210946363.9A 2022-08-08 2022-08-08 一种复合薄膜、复合薄膜的制备方法和应用 Active CN115141397B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210946363.9A CN115141397B (zh) 2022-08-08 2022-08-08 一种复合薄膜、复合薄膜的制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210946363.9A CN115141397B (zh) 2022-08-08 2022-08-08 一种复合薄膜、复合薄膜的制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115141397A true CN115141397A (zh) 2022-10-04
CN115141397B CN115141397B (zh) 2023-05-26

Family

ID=83413928

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210946363.9A Active CN115141397B (zh) 2022-08-08 2022-08-08 一种复合薄膜、复合薄膜的制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115141397B (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW513468B (en) * 2001-06-14 2002-12-11 Nation Tsing Hua University Optical limiting applications on phthalocyanines
JP2006091163A (ja) * 2004-09-21 2006-04-06 Jsr Corp プラズマディスプレイパネル用複合機能フィルム
US20120100628A1 (en) * 2010-10-21 2012-04-26 Ndsu Research Foundation Emissive and broadband nonlinear absorbing metal complexes and ligands as oled, optical switching or optical sensing materials
CN103293822A (zh) * 2013-05-16 2013-09-11 中北大学 一种非线性光学碳纳米颗粒与酞菁类化合物杂化材料的制备方法
CN103319827A (zh) * 2013-07-02 2013-09-25 中国科学技术大学 一种有机–无机纳米复合薄膜的制备方法
CN103554443A (zh) * 2013-10-28 2014-02-05 中国工程物理研究院化工材料研究所 具有光限幅效应的聚-(苯乙炔撑)-酞菁锌聚合物及其制备方法和应用
CN111458791A (zh) * 2020-03-12 2020-07-28 深圳大学 一种基于二维材料的全光二极管及其制备方法
CN112083616A (zh) * 2020-09-21 2020-12-15 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种无金属酞菁-石墨烯非线性光学复合材料及其制备方法和应用
CN113290320A (zh) * 2021-05-21 2021-08-24 上海理工大学 一种非线性反饱和吸收增强特性的Ag基薄膜的制备方法
CN113314929A (zh) * 2021-05-13 2021-08-27 长春理工大学 具有可饱和吸收和反饱和吸收特性的饱和吸收体及其应用

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW513468B (en) * 2001-06-14 2002-12-11 Nation Tsing Hua University Optical limiting applications on phthalocyanines
JP2006091163A (ja) * 2004-09-21 2006-04-06 Jsr Corp プラズマディスプレイパネル用複合機能フィルム
US20120100628A1 (en) * 2010-10-21 2012-04-26 Ndsu Research Foundation Emissive and broadband nonlinear absorbing metal complexes and ligands as oled, optical switching or optical sensing materials
CN103293822A (zh) * 2013-05-16 2013-09-11 中北大学 一种非线性光学碳纳米颗粒与酞菁类化合物杂化材料的制备方法
CN103319827A (zh) * 2013-07-02 2013-09-25 中国科学技术大学 一种有机–无机纳米复合薄膜的制备方法
CN103554443A (zh) * 2013-10-28 2014-02-05 中国工程物理研究院化工材料研究所 具有光限幅效应的聚-(苯乙炔撑)-酞菁锌聚合物及其制备方法和应用
CN111458791A (zh) * 2020-03-12 2020-07-28 深圳大学 一种基于二维材料的全光二极管及其制备方法
CN112083616A (zh) * 2020-09-21 2020-12-15 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种无金属酞菁-石墨烯非线性光学复合材料及其制备方法和应用
CN113314929A (zh) * 2021-05-13 2021-08-27 长春理工大学 具有可饱和吸收和反饱和吸收特性的饱和吸收体及其应用
CN113290320A (zh) * 2021-05-21 2021-08-24 上海理工大学 一种非线性反饱和吸收增强特性的Ag基薄膜的制备方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JUN YAO等: "Upconversion luminescence nanomaterials A versatile platform for imaging, sensing, and therapy" *
刘大军,周奋国,段潜,吕小星,王立杰: "酞菁类反饱和吸收材料的制备及性能测试" *
刘大军;何兴权;周奋国;段潜;: "成型方法对酞菁铟/PMMA复合材料反饱和吸收性能影响" *
康音,张素清,张建国,翁兆恒,冯家璋: "曙红薄膜的非线性近共振饱和吸收" *
甄啸;冯苗;郑婵;黄娟;詹红兵;: "锌酞菁配合物的线性与非线性光学性质研究" *
邓晓旭,张学如,刘树田,李淳飞: "几种非线性吸收产生条件的理论分析" *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115141397B (zh) 2023-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Frobel et al. Intense low threshold nonlinear absorption and nonlinear refraction in a new organic–polymer nanocomposite
Sreeja et al. Organic dye impregnated poly (vinyl alcohol) nanocomposite as an efficient optical limiter: structure, morphology and photophysical properties
Hassan et al. Surface morphology and optical limiting properties of azure B doped PMMA film
Hassan et al. Optical limiting properties of sudan red B in solution and solid film
Almosawe et al. Nonlinear optical and optical limiting properties of new structures of organic nonlinear optical materials for photonic applications
Sreekumar et al. Saturable and reverse saturable absorption and nonlinear refraction in nanoclustered Amido Black dye–polymer films under low power continuous wave He–Ne laser light excitation
Tekin et al. Optical limiting properties of zinc phthalocyanines in solution and solid PMMA composite films
Manshad et al. Optical limiting properties of magenta doped PMMA under CW laser illumination
Ali et al. The visible laser absorption property of chromium-doped polyvinyl alcohol films: synthesis, optical and dielectric properties
Dorranian et al. Investigation of nitrogen plasma effect on the nonlinear optical properties of PMMA
Hassan Investigation on the nonlinear optical properties and optical power limiting of parsley oil
Ali et al. Structure analysis and nonlinear/linear optical properties of PVAOH/Si composites for low-cost optical technologies and limiting absorption
Hassan et al. Third-order optical nonlinearities and optical-limiting properties of phloxine b dye doped pmma films investigated by z-scan technique
Abdel-Aziz et al. A novel polymer/ceramic composite film for different optical applications: optical linear, nonlinear, and limiting properties
Ryasnyanskiy et al. Nonlinear optical properties of gold nanoparticles dispersed in different optically transparent matrices
CN115141397B (zh) 一种复合薄膜、复合薄膜的制备方法和应用
Badran et al. Study the effect of concentration on the evolution of far-field diffraction patterns of Bromocresol purple and Congo red solution
Blanco et al. Dispersion of the nonlinear absorption of copper phthalocyanine in a silica xerogel matrix through the visible spectrum
Dehghani et al. Nonlinear refractive (NLR) index of TiO2 NPs in E5CN7 nematic liquid crystal under CW laser illumination
Xiang-Bing et al. Nonlinear optical properties of [(CH3) 4N] Au (dmit) 2 using Z-scan technique
AL-Asady et al. Diffraction Rings Pattern and Nonlinear Optical Properties of Hybrid ZnO-NPs/Epoxy Resin
Majles Ara et al. Characterisation and nonlinear optical properties of CdS nano-particles
Sumantha et al. Biosynthesis, characterization and nonlinear optical response of spherical flake-shaped copper oxide nanostructures
Abd AL-Adel et al. The Study of the Nonlinear Optical Properties of Solutions under CW Laser Illumination
AlAbdulaal et al. Photophysical and electronic properties of Congo red dye embedded in polyvinyl alcohol as an efficient laser optical limiter: enhancement of the electrical conductivity and dielectric properties

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant