CN102352497B - 一种金银纳米颗粒分散氧化物非线性光学薄膜及制备方法 - Google Patents

一种金银纳米颗粒分散氧化物非线性光学薄膜及制备方法 Download PDF

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一种金银纳米颗粒分散氧化物非线性光学薄膜及制备方法，属于金属纳米颗粒与氧化物复合材料领域。本发明提供一种金银合金纳米颗粒分散氧化物非线性光学薄膜，其特征是化学成分组成通式为AgxAuy/(Co3O4)1-x-y，其中x、y分别表示Ag、Au组成元素的摩尔分数，x的取值范围为0.01～0.60，y的取值范围为0.01～0.60，1-x-y的取值范围为0.20～0.98。金银纳米颗粒以合金的形式分散于四氧化三钴基体中，金银合金颗粒直径均为1～500nm。通过改变金银组成元素的摩尔分数调控合金吸收峰的峰位，薄膜在350～650nm波段出现吸收峰，表现出具有优良的非线性光学性质，增加了非线性光吸收的波长选择范围。

Description

一种金银纳米颗粒分散氧化物非线性光学薄膜及制备方法
技术领域
本发明属于金属纳米颗粒与氧化物复合材料领域，特别是提出了一种金银合金纳米颗粒分散氧化物非线性光学薄膜及制备方法，涉及到多种金属纳米颗粒分散氧化物光学薄膜的设计与制备工艺。
背景技术
伴随着世界范围内能源危机的爆发和环境恶化问题等的出现，能源与环境成为21世纪人类面临和亟待解决的两个重大问题。多相光催化具有室温深度反应以及直接利用太阳能作为光源来驱动反应等独特性能，作为一种理想的环境污染治理技术和洁净能源生产技术，引起人们的日益关注。近几十年来，金属纳米颗粒非线性光学复合薄膜的研究发展迅速，在光电子工业中如光开关、光通讯、光信息处理、光计算机、激光技术等都需要以非线性光学材料为基础材料，金属纳米颗粒非线性光学复合薄膜具有非常广阔的应用前景。目前对此类薄膜的研究，已由一元体系金属纳米颗粒非线性光学复合薄膜为主扩展到二元体系金属纳米颗粒非线性光学薄膜。但是所报道的二元体系金属纳米颗粒复合薄膜中，金属颗粒大多数以单质的形式存在，以合金形式存在的报道还比较少见。作为新的非线性材料的候选者，过渡金属氧化物由于电子关联效应，在理论上具有大的光学非线性。与其它制备薄膜的方法相比，溶胶-凝胶法可在不同介质基体中分散多种金属、能够精确控制薄膜的化学计量比，并且还具有制备周期短、操作方便、成本低等优点。采用溶胶-凝胶法制备Au、Ag二元合金金属颗粒分散四氧化三钴光学薄膜还未见报道。
发明内容
本发明目的是提供一种金银纳米颗粒分散氧化物非线性光学薄膜，金银以合金的形式分散于氧化物基体中，复合薄膜在光吸收图谱中出现了一个较强的等离子共振吸收峰，增加了非线性光吸收的波长选择范围。
一种金银纳米颗粒分散氧化物非线性光学薄膜及制备方法，其薄膜化学成分组成通式为AgxAuy/(Co3O4)1-x-y，其中x、y分别表示Ag、Au组成元素的摩尔分数，x的取值范围为0.01~0.60，y的取值范围为0.01~0.60，1-x-y的取值范围为0.20~0.98。本发明采用溶胶-凝胶法制备AgxAuy/(Co3O4)1-x-y复合薄膜，金银纳米金属颗粒以合金的形式分散于四氧化三钴基体中，合金颗粒直径均为1～500nm，薄膜在350～650nm波段观察到吸收峰。 
本发明技术的主要特点是：在所制备的薄膜中，金银金属颗粒以合金的形式分散于氧化物基体中，复合薄膜在光吸收图谱中出现了一个较强的等离子共振吸收峰，光吸收图谱如图1所示。通过改变金银组成元素的摩尔分数调控合金吸收峰的峰位，薄膜在350～650nm波段出现吸收峰，表现出具有优良的非线性光学性质，增加了非线性光吸收的波长选择范围。
附图说明
图1为本发明设计的一种AgxAuy/(Co3O4)1-x-y复合薄膜的光吸收图谱。
具体实施方式：
实施例1    
称取0.8731g的硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O），0.1699g的硝酸银（AgNO3）和0.4188g的氯金酸（HAuCl4·4H2O），分别加入到10ml乙二醇独甲醚溶剂中，在磁力搅拌机上搅拌8小时，陈化12小时，得到浓度为0.3mol/L的Co母体溶液、0.1mol/L的Ag母体溶液和0.1mol/L的Au母体溶液；然后量取9.8 ml 的Co母体溶液和0.2 ml 的Ag母体溶液，将两种溶液混合，再在磁力搅拌机上搅拌8小时，陈化12小时，制得Ag0.02/(Co3O4)0.98前驱体溶液。用同样的方法，量取9.8 ml 的Co母体溶液和0.2 ml 的Au母体溶液，制备Au0.02/(Co3O4)0.98前驱体溶液。匀胶之前，将基片依次在蒸馏水、乙醇、丙酮中超声清洗，然后将其放入干燥箱中烘干，干燥后涂覆一层已配制好的Ag0.02/(Co3O4)0.98前驱体溶液于基片上。匀胶时，先以300 rpm的速度运转15秒，再以3000 rpm的速度运转30秒，匀胶后进行一次热分解处理，热分解温度为120℃，时间为30秒。涂膜结束后，然后按上述步骤再涂覆一层Au0.02/(Co3O4)0.98前驱体溶液于上述基片上，进行相同的匀胶和热分解处理。最后将样品置于热处理炉中进行退火，退火温度580℃，退火保温时间5分钟，得到Ag0.01Au0.01/(Co3O4)0.98复合光学薄膜。
实施例2
称取0.8731g的硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O），0.1699g的硝酸银（AgNO3）和0.4188g的氯金酸（HAuCl4·4H2O），分别加入到10ml乙二醇独甲醚溶剂中，在磁力搅拌机上搅拌8小时，陈化12小时，得到浓度为0.3mol/L的Co母体溶液、0.1mol/L的Ag母体溶液和0.1mol/L的Au母体溶液；然后量取6 ml 的Co母体溶液和4 ml 的Ag母体溶液，将两种溶液混合，再在磁力搅拌机上搅拌8小时，陈化12小时，制得Ag0.4/(Co3O4)0.6前驱体溶液。用同样的方法，量取6 ml 的Co母体溶液和4 ml 的Au母体溶液，制备Au0.4/(Co3O4)0.6前驱体溶液。匀胶之前，将基片依次在蒸馏水、乙醇、丙酮中超声清洗，然后将其放入干燥箱中烘干，干燥后涂覆一层已配制好的Ag0.4/(Co3O4)0.6前驱体溶液于基片上。匀胶时，先以300 rpm的速度运转15秒，再以3000 rpm的速度运转30秒，匀胶后进行一次热分解处理，热分解温度为120℃，时间为30秒。涂膜结束后，然后按上述步骤再涂覆一层Au0.4/(Co3O4)0.6前驱体溶液于上述基片上，进行相同的匀胶和热分解处理。最后将样品置于热处理炉中进行退火，退火温度580℃，退火保温时间5分钟，得到Ag0.2Au0.2/(Co3O4)0.6复合光学薄膜。
实施例3     
称取0.8731g的硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O），0.1699g的硝酸银（AgNO3）和0.4188g的氯金酸（HAuCl4·4H2O），分别加入到10ml乙二醇独甲醚溶剂中，在磁力搅拌机上搅拌8小时，陈化12小时，得到浓度为0.3mol/L的Co母体溶液、0.1mol/L的Ag母体溶液和0.1mol/L的Au母体溶液；然后量取1ml 的Co母体溶液和9ml 的Ag母体溶液，将两种溶液混合，再在磁力搅拌机上搅拌8小时，陈化12小时，制得Ag0.9/(Co3O4)0.1前驱体溶液。用同样的方法，量取4 ml 的Co母体溶液和6 ml 的Au母体溶液，制备Au0.6/(Co3O4)0.4前驱体溶液。匀胶之前，将基片依次在蒸馏水、乙醇、丙酮中超声清洗，然后将其放入干燥箱中烘干，干燥后涂覆一层已配制好的Ag0.9/(Co3O4)0.1前驱体溶液于基片上。匀胶时，先以300 rpm的速度运转15秒，再以3000 rpm的速度运转30秒，匀胶后进行一次热分解处理，热分解温度为120℃，时间为30秒。涂膜结束后，按上述步骤涂覆一层Au0.6/(Co3O4)0.4前驱体溶液于上述基片上，进行相同的匀胶和热分解，然后再按相同步骤涂覆一层Ag0.9/(Co3O4)0.1膜。最后将样品置于热处理炉中进行退火，退火温度580℃，退火保温时间5分钟，得到Ag0.45Au0.3/(Co3O4)0.25复合光学薄膜。
实施例4
称取0.8731g的硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O），0.1699g的硝酸银（AgNO3）和0.4188g的氯金酸（HAuCl4·4H2O），分别加入到10ml乙二醇独甲醚溶剂中，在磁力搅拌机上搅拌8小时，陈化12小时，得到浓度为0.3mol/L的Co母体溶液、0.1mol/L的Ag母体溶液和0.1mol/L的Au母体溶液；然后量取1ml 的Co母体溶液和9ml 的Au母体溶液，将两种溶液混合，再在磁力搅拌机上搅拌8小时，陈化12小时，制得Au0.9/(Co3O4)0.1前驱体溶液。用同样的方法，量取4 ml 的Co母体溶液和6 ml 的Ag母体溶液，制备Ag0.6/(Co3O4)0.4前驱体溶液。匀胶之前，将基片依次在蒸馏水、乙醇、丙酮中超声清洗，然后将其放入干燥箱中烘干，干燥后涂覆一层已配制好的Au0.9/(Co3O4)0.1前驱体溶液于基片上。匀胶时，先以300 rpm的速度运转15秒，再以3000 rpm的速度运转30秒，匀胶后进行一次热分解处理，热分解温度为120℃，时间为30秒。涂膜结束后，按上述步骤涂覆一层Ag0.6/(Co3O4)0.4前驱体溶液于上述基片上，进行相同的匀胶和热分解，然后再按相同步骤涂覆一层Au0.9/(Co3O4)0.1膜。最后将样品置于热处理炉中进行退火，退火温度580℃，退火保温时间5分钟，得到Ag0.3Au0.45/(Co3O4)0.25
复合光学薄膜。

Claims (1)

1.一种金银纳米颗粒分散氧化物非线性光学薄膜的制备方法，其特征在于：以硝酸钴、硝酸银、氯金酸和乙二醇独甲醚为原料，采用溶胶-凝胶法合成化学计量比准确、成分均匀的前躯体溶液，然后采用匀胶机在玻璃基片上进行涂膜，经过退火处理最后得到AgxAuy/(Co3O4)1-x-y复合薄膜，薄膜在350～650nm波段观察到吸收峰；其中x、y分别表示Ag、Au组成元素的摩尔分数，x的取值范围为0.01~0.60，y的取值范围为0.01~0.60，1-x-y的取值范围为0.20~0.98。
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