CN106116180A - 一种在拉锥光纤上沉积二维材料的方法 - Google Patents

一种在拉锥光纤上沉积二维材料的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106116180A
CN106116180A CN201610423416.3A CN201610423416A CN106116180A CN 106116180 A CN106116180 A CN 106116180A CN 201610423416 A CN201610423416 A CN 201610423416A CN 106116180 A CN106116180 A CN 106116180A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dimensional material
tapered fiber
fiber
dispersion liquid
deposition
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.)
Pending
Application number
CN201610423416.3A
Other languages
English (en)
Inventor
吴侃
王昊
肖勖
陈建平
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.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong 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 Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CN201610423416.3A priority Critical patent/CN106116180A/zh
Publication of CN106116180A publication Critical patent/CN106116180A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C25/00—Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
    • C03C25/10—Coating
    • C03C25/12—General methods of coating; Devices therefor
    • C03C25/16—Dipping
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C25/00—Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
    • C03C25/10—Coating
    • C03C25/42—Coatings containing inorganic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C25/00—Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
    • C03C25/10—Coating
    • C03C25/42—Coatings containing inorganic materials
    • C03C25/44—Carbon, e.g. graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C25/00—Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
    • C03C25/62—Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags by application of electric or wave energy; by particle radiation or ion implantation
    • C03C25/6206—Electromagnetic waves
    • C03C25/6208—Laser

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

一种在拉锥光纤上高效低阈值沉积二维材料的方法，包括：制成二维材料分散液；将普通单模光纤制备成拉锥光纤；用特定的凹槽载玻片承接分散液；将拉锥区域的光纤浸没于二维材料分散液中；将一定功率的激光从光纤的一端输入，并在另一端用光功率计监测输出光功率变化；通过通风系统加速分散液布朗运动；通过控制输入拉锥光纤的光功率的大小和通光时间来控制二维材料沉积在拉锥光纤上的多少。本发明不需要制备大面积的二维材料，只需要使用二维材料粉末即可，使用拉锥光纤使光场与材料能够有更长的作用距离，使更多的光场能够与材料相互作用，并且不需要光功率放大器，可以直接使用光源输出光来显著提高材料的沉积速度与沉积体积。

Description

一种在拉锥光纤上沉积二维材料的方法
技术领域
本发明涉及将二维材料转移到光纤上的方法，具体是一种在拉锥光纤上沉积二维材料的方法。
背景技术
二维材料是一种近几年来新型的，具有优良特性的纳米材料，以石墨烯为代表，包括硅烯、硼烯、硫化钼、硒化钼等，受到广泛的关注。这些二维材料拥有带隙可调，和丰富的光电子学特性，具有广泛应用场合。早在21世纪初，二维材料就被发现具有丰富的光学性质，包括作为可饱和吸收体应用于锁模和调Q激光器中，四波混频现象和拉曼、布里渊散射作用也不断的被报道出来。因此二维材料在非线性光学，光信号处理，光纤激光器中，都拥有广泛的应用前景。
为了能使这些二维材料表现出良好的性质，需要使其与光场具有一定距离的相互作用，例如通过空间光照射二维材料，或使用光纤与二维材料集成。目前已经使用的一些光场与二维材料相互作用的方法可归为4种：
其一是利用化学生长的办法，在某种基底上生长出纳米级别的二维材料，之后用蚀刻或者物理方法去除基底。此时的纳米材料会以薄膜的形式漂浮在溶液表面，将光纤浸入此溶液并提出，即得到包裹二维材料的光纤。利用这种方法，需要利用化学方法制备相当量的大尺寸二维材料，不仅时间要求比较长、而且成本比较高。
另一种方法是将二维材料的分散液与有机化合物(如聚乙烯脂的PVA)溶液混合，并将溶液滴在基底上，烘干制成薄膜。这种薄膜可放于光纤接头之间，在光路中实现光场与材料的作用。利用此种办法制出的薄膜大小有限，通常只有十几微米的厚度和一百微米左右的宽度，因此不适用于需要光场和材料长距离接触的应用场景。
还有一种办法是将二维材料制成分散液，将光纤垂直沉入该分散液中。此时光纤的端面即可附着材料。利用空间光耦合的方式，可使得光场与二维材料接触。利用这种方法同样无法实现光场与材料的长距离接触，并且二维材料在光纤端面附着的均匀程度无法保证。
最后一种办法即采用在普通载玻片上直接放置拉锥光纤，并滴上沉积材料与溶剂的分散液的方法。该方法通常需要很大的驱动光功率加速沉积过程进行，且普通的载玻片上分散液凝聚性较差，很难控制沉积比较多的材料，因此不能保证拥有期望的沉积结果。
总之，以上的几种方法或者成本较高或者不适合需要光场与材料较强作用的场合或者沉积效率低下。因此，需要一种方法能够在兼顾低成本的同时，实现光场与材料的强作用，使得沉积稳定有效可控的进行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种在拉锥光纤上沉积二维材料的方法，有效将二维材料沉积在拉锥光纤上，并可控制二维材料沉积的多少。
为了解决上述问题，本发明的技术解决方案如下：
一种在拉锥光纤上沉积二维材料的方法，包括以下步骤：
步骤1：将二维材料粉末分散于分散剂中，制成浓度为0.0001mg/ml至10mg/ml二维材料分散液；
步骤2：将普通光纤进行拉锥处理，制成拉锥区域直径为3至8微米的拉锥光纤；
步骤3：将二维材料分散液注入表面具有凹槽的载玻片中，并使拉锥区域光纤浸没于二维材料分散液中；
步骤4：将一定功率的激光从拉锥光纤的一端输入，并在另一端用光功率计监测输出光功率变化；
步骤5：通过控制输入拉锥光纤的光功率的大小和通光时间来控制二维材料沉积在拉锥光纤上的多少。
优选的，在所述步骤4和5之间还包括设置通风系统，加速分散剂挥发，提高分散液布朗运动水平的步骤。
优选的，所述的通风系统为风机或风扇。
优选的，所述载玻片的凹槽为倒梯形。
优选的，所述的分散剂是乙醇或丙酮。
优选的，所述的拉锥区域的光纤直径的范围是3至15微米。
优选的，所述的输入拉锥光纤的光功率范围是1至100毫瓦。
优选的，所述的通光时间范围是10秒至30分钟。
优选的，所述的二维材料粉末是过渡金属硫化物或石墨烯等其他二维材料。
本发明原理是通过分散剂的高挥发性和光诱导作用，加上长时间拉锥光纤与分散液的接触，使二维材料材料沉积到拉锥光纤上，通过控制输入拉锥光纤的光功率的大小和通光时间，控制材料沉积的体积。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明通过采用光诱导和高挥发性分散剂，以及定制的凹槽载玻片，使得拉锥光纤可以长时间浸没在具有极快布朗运动的分散液中，进而二维材料可以高效的沉积到拉锥光纤的侧面，通过控制输入光功率的大小和通光时间以及空气流通强度，可以控制材料沉积的快慢和多少。相比于背景技术中的方法1(制备大面积材料并转移)，本发明不需要制备大面积的二维材料，只需要使用二维材料粉末制成分散液即可。相比于背景技术中的方法2和方法3(端面沉积，制成薄膜)，本发明使二维材料沉积于拉锥光纤上，因此可以使光场与材料能够有更长的作用距离，相比于背景技术中的方法4(需要用到光功率放大器)，本发明使用凹槽型的载玻片承载分散液和拉锥光纤，使得两者可以充分接触，不需要额外提供高功率光加速沉积过程，且增加了通风系统使得沉积过程更加高效的进行，显著降低了沉积要求的光功率阈值，使得系统可以脱离光功率放大器进行。此外，由于使用了高挥发性的分散剂，分散剂本身的挥发作用会加速材料颗粒的布朗运动并增强光诱导沉积过程，与一般非挥发性或弱挥发性的分散剂相比，本发明可以显著提高材料的沉积速度与沉积体积。
附图说明
图1是拉锥光纤示意图
图2是表面具有凹槽的载玻片示意图
图3是在拉锥光纤上沉积二维材料的示意图
图4是拉锥光纤上沉积二维材料的显微镜图
图5是拉锥光纤上沉积二维材料的扫描电子显微镜图
1-普通光纤，2-普通光纤到拉锥光纤的过渡区域，3-拉锥光纤，4-载玻片，5-载玻片斜坡区域，6-二维材料分散液，7-光源，8-光纤接头适配器，9-光功率计，10-风机
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围，本例中采用硒化钼作为二维材料对象进行说明。
一种将硒化钼沉积到拉锥光纤上的方法，具体包括以下步骤：
步骤1：将硒化钼粉末分散于高挥发性分散剂中，制成分散液，硒化钼分散液的浓度为0.0001mg/ml至10mg/ml；
其中，高挥发性分散剂是使硒化钼材料颗粒可以稳定存在，不易发生团聚，且具有高挥发性的溶剂(例如乙醇，丙酮等)。在本发明的优选实施例中，使用的分散剂是乙醇。
其中硒化钼浓度的优选范围是0.1mg/ml至10mg/ml。若浓度过低则不易实现沉积，若浓度过高则需要小心由于浓度过高导致沉积速率过快，不易控制材料沉积的体积。
步骤2：将普通光纤制备成拉锥光纤，拉锥区域的光纤直径控制在3至15微米；
其中拉锥光纤直径的优选范围是6至8微米。若光纤过细则容易在较高光功率下熔断，若光纤过粗则泄露在空气中的光场太弱，无法产生有效的光诱导沉积。
步骤3：将分散液注入到定制的凹槽载玻片中；
其中的定制载玻片采用凹槽设计的方式，与普通的玻璃载玻片相比，该设计可以承接更多分散液，使得沉积更有效的进行，同时可以控制较长的沉积时间获得更大体积的沉积。
步骤4：将拉锥光纤浸没于硒化钼分散液中；
其中，可将拉锥光纤嵌入定制的玻璃载玻片凹槽中，将分散液注入在载玻片凹槽里，浸没拉锥光纤。
步骤5：将一定功率的光从拉锥光纤的一端输入，并在另一端用光功率计监测输出光功率变化；其中光功率的范围在1到5毫瓦之间，功率过低则产生的光学作用可能不足以驱动沉积过程，功率过高则有熔断拉锥光纤的可能。该设计中采用通风系统和定制载玻片，使得驱动沉积的阈值降低，可以在激光器输出直接接入拉锥光纤的情况下驱动沉积过程。而传统的利用拉锥光纤沉积二维材料的典型光功率阈值(即启动沉积过程的最小输入光功率)一般在20毫瓦，本发明将阈值降低了一个数量级。
其中，输入光的波长范围可以选择从紫外到近红外波段，光源可以是激光，也可以是自发辐射光源等其他非相干光源。光源可以是连续光输出，也可以是脉冲光输出。
步骤6：通过通风系统加速分散剂的挥发，提高分散液布朗运动水平；
通过辅以风机或风扇等通风系统，可以进一步控制沉积的速度，如果加强空气流通性沉积速度会更快，减缓空气流通性则沉积速度会变慢。
步骤7：通过控制输入拉锥光纤的光功率的大小来控制硫化物沉积在拉锥光纤上的速度，通过控制通光时间来控制硒化钼沉积的多少。
其中，输入拉锥光纤的光功率的优选范围是1至100毫瓦，在通风良好且分散液浓度较高时，可以有很低的阈值功率，不使用光功率放大器即可驱动沉积。可以如图3所示采用光纤接头适配器，也可以采用空间光耦合。通光时间的优选范围是10秒至30分钟。当硒化钼开始在拉锥光纤上沉积时，会对光产生吸收，通过观察光功率计的读数，即可了解材料在光纤侧面沉积的体积。光功率越高，则沉积的越快。通光时间越长，则沉积的越多。通过控制光功率大小和通光时间，即可实现对材料沉积体积的控制。
图1给出了拉锥光纤的示意图。图2给出了定制载玻片的示意图，可以看出载玻片中间拥有承接较多分散液凹槽，凹槽到载玻片边缘是斜坡状设计，以防止分散液溢出，并使得光纤和分散液可以有效的长时间接触。图3给出了硒化钼沉积的光路图，其中不必使用光功率放大器放大功率即可完成沉积过程。图4给出了当硒化钼沉积于拉锥光纤时的显微镜图，可以明显的观察到硒化钼沉积于光纤的四周。图5给出了当硒化钼沉积于拉锥光纤时的扫描电子显微镜图，可以进一步的观察到硒化钼沉积于拉锥光纤上。

Claims (9)

1.一种在拉锥光纤上沉积二维材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：将二维材料粉末分散于分散剂中，制成浓度为0.0001mg/ml至10mg/ml二维材料分散液；
步骤2：将普通光纤进行拉锥处理，制成拉锥区域直径为3至8微米的拉锥光纤；
步骤3：将二维材料分散液注入表面具有凹槽的载玻片中，并使拉锥区域光纤浸没于二维材料分散液中；
步骤4：将一定功率的激光从拉锥光纤的一端输入，并在另一端用光功率计监测输出光功率变化；
步骤5：通过控制输入拉锥光纤的光功率的大小和通光时间来控制二维材料沉积在拉锥光纤上的多少。
2.根据权利要求1所述的在拉锥光纤上高效沉积二维材料的方法，其特征在于，在所述步骤4和5之间还包括设置通风系统，加速分散剂挥发，提高分散液布朗运动水平的步骤。
3.根据权利要求2所述的在拉锥光纤上高效沉积二维材料的方法，其特征在于，所述的通风系统为风机或风扇。
4.根据权利要求1所述的在拉锥光纤上高效沉积二维材料的方法，其特征在于，所述载玻片的凹槽为倒梯形。
5.根据权利要求1所述的在拉锥光纤上高效沉积二维材料的方法，其特征在于，所述的分散剂是乙醇或丙酮。
6.根据权利要求1所述的在拉锥光纤上高效沉积二维材料的方法，其特征在于，所述的拉锥区域的光纤直径的范围是3至15微米。
7.根据权利要求1所述的在拉锥光纤上高效沉积二维材料的方法，其特征在于，所述的输入拉锥光纤的光功率范围是1至100毫瓦。
8.根据权利要求1所述的在拉锥光纤上高效沉积二维材料的方法，其特征在于，所述的通光时间范围是10秒至30分钟。
9.根据权利要求1所述的在拉锥光纤上高效沉积二维材料的方法，其特征在于，所述的二维材料粉末是过渡金属硫化物或石墨烯。
CN201610423416.3A 2016-06-15 2016-06-15 一种在拉锥光纤上沉积二维材料的方法 Pending CN106116180A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610423416.3A CN106116180A (zh) 2016-06-15 2016-06-15 一种在拉锥光纤上沉积二维材料的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610423416.3A CN106116180A (zh) 2016-06-15 2016-06-15 一种在拉锥光纤上沉积二维材料的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106116180A true CN106116180A (zh) 2016-11-16

Family

ID=57270725

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610423416.3A Pending CN106116180A (zh) 2016-06-15 2016-06-15 一种在拉锥光纤上沉积二维材料的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106116180A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108395119A (zh) * 2018-03-06 2018-08-14 罗江县金华玻璃纤维厂 一种二维材料改性玻璃纤维复合材料及其制作方法
CN110198780A (zh) * 2016-12-21 2019-09-03 Ncc纳诺责任有限公司 在基底上沉积功能材料的方法
CN114280719A (zh) * 2021-12-06 2022-04-05 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种基于微纳光纤的非线性激活器及其制备方法与应用
CN114280719B (zh) * 2021-12-06 2024-05-24 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种基于微纳光纤的非线性激活器及其制备方法与应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101717203A (zh) * 2009-12-15 2010-06-02 清华大学 一种光诱导石墨烯沉积到光纤端面的方法
CN104477997A (zh) * 2014-12-19 2015-04-01 上海交通大学 一种在拉锥光纤侧面高效沉积硫化钨的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101717203A (zh) * 2009-12-15 2010-06-02 清华大学 一种光诱导石墨烯沉积到光纤端面的方法
CN104477997A (zh) * 2014-12-19 2015-04-01 上海交通大学 一种在拉锥光纤侧面高效沉积硫化钨的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HAO WANG等: "Ethanol catalytic deposition of MoS2 on tapered fiber", 《PHOTONICS RESEARCH》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110198780A (zh) * 2016-12-21 2019-09-03 Ncc纳诺责任有限公司 在基底上沉积功能材料的方法
CN108395119A (zh) * 2018-03-06 2018-08-14 罗江县金华玻璃纤维厂 一种二维材料改性玻璃纤维复合材料及其制作方法
CN114280719A (zh) * 2021-12-06 2022-04-05 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种基于微纳光纤的非线性激活器及其制备方法与应用
CN114280719B (zh) * 2021-12-06 2024-05-24 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种基于微纳光纤的非线性激活器及其制备方法与应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sun et al. Giant optical gain in a single-crystal erbium chloride silicate nanowire
Wang et al. Full-duplex light communication with a monolithic multicomponent system
CN103226252B (zh) 一种提高耗尽型硅基电光调制器调制效率的掺杂结构
Xu et al. Micrometre-scale silicon electro-optic modulator
Takahashi et al. High-Q nanocavity with a 2-ns photon lifetime
Matthäus et al. Inscription of silicon waveguides using picosecond pulses
US20130071058A1 (en) Optical Modulator and Method for Manufacturing the Same
Naqshbandi et al. Room temperature self-assembly of mixed nanoparticles into photonic structures
Cai et al. Photonic crystal slab fabricated on the platform of lithium niobate-on-insulator
Li et al. Nonlinear absorption response correlated to embedded Ag nanoparticles in BGO single crystal: from two-photon to three-photon absorption
CN106116180A (zh) 一种在拉锥光纤上沉积二维材料的方法
Yang et al. Spontaneous emission of semiconductor quantum dots in inverse opal SiO2 photonic crystals at different temperatures
Liu et al. Ultra-fast pulse propagation in nonlinear graphene/silicon ridge waveguide
Zhang et al. Optical planar and ridge waveguides in terbium scandium aluminum garnet crystal fabricated by ion implantation and precise diamond blade dicing
Sun et al. High-order mode waveguide amplifier with high mode extinction ratio written in an Er 3+-doped phosphate glass
Imran et al. Gamma irradiation impact on the morphology and thermal blooming of soda-lime glass
CN104477997B (zh) 一种在拉锥光纤侧面沉积硫化钨的方法
Liu et al. Visible and near-infrared waveguides formed by double-energy proton implantation in magneto-optical glasses
Khorasaninejad et al. All-optical logic gate in silicon nanowire optical waveguides
Liu et al. Carbon-implanted monomode waveguides in magneto-optical glasses for waveguide isolators
Ruan et al. Large phase shifts in As 2 S 3 waveguides for all-optical processing devices
Cao et al. Low power consumption thermo‐optic switch based on DR1/PMMA
Hosseini et al. Compact, high extinction ratio silicon Mach-Zehnder modulator with corrugated waveguides
Rukhlenko et al. Optimization of nonlinear performance of silicon-nanocrystal cylindrical nanowires
Campione et al. Ultrafast Epsilon-Near-Zero Electroabsorption Modulators.

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20161116