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尺寸依赖的Ag/TiO₂纳米复合膜的光致变色及全息光存储性质研究

作　者: 韩润原
导　师: 刘益春
学　校: 东北师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: Ag-TiO2纳米复合薄膜全息存储光致变色表面等离子体共振吸收尺寸依赖
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 34次
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内容摘要

Ag/TiO₂是一种新型无机光致变色材料,因为不同尺寸和形状的银粒子的不同的等离子共振吸收特性,以及周围的介电和物理环境的影响,使得薄膜在不同波长的可见光照射下,不同尺寸和形状的银粒子对不同波长的可见光具有不同的吸收和散射效率,因而产生颜色变化现象,薄膜由原来的棕褐色变为入射光的颜色,并且这种颜色变化是可逆的过程,在紫外光的照射下能够产生逆向的颜色变化。相关研究表明,薄膜在可见光照射下的变色是因为银粒子中的导带电子在外场的作用下集体振荡激发出高能热电子而产生的银纳米粒子的溶解,产生银离子,粒子尺寸发生变化,对入射光的吸收下降,散射增强,因而会呈现入射光的颜色;在紫外光照下的褪色过程是因为二氧化钛粒子在紫外光照下产生电子空穴对,银离子得到部分电子,重新被还原。Ag/TiO₂的这种光致变色特性在比色传感器,光电器件,以及高密度多波长光学存储方面有广阔的应用前景。为了系统全面的分析和研究Ag/TiO₂纳米复合薄膜的光致变色和全息存储机理,并且提高其全息存储性质,我们用提拉膜的方法制得不同厚度的TiO₂薄膜,再通过紫外光催化还原硝酸银不同时间的方法在制得的TiO₂薄膜上沉积不同浓度的银粒子。我们用532 nm波长的激光对Ag/TiO₂薄膜进行吸收烧孔实验,分析薄膜中银粒子的光氧化速率（光致变色速率）,发现银粒子平均尺寸较小的薄膜光致变色速率较快。之后,以两束相干的532nm激光作为写入光,一束632nm红光作为探测光,对薄膜进行全息存储的实验,发现光栅响应时间和薄膜的光致变色速率密切相关,而衍射效率则取决于银粒子的百分含量。基于这些结果,我们提出了Ag/TiO₂薄膜光致变色速率及其光栅响应时间的尺寸依赖性,即薄膜的光致变色速率决定于薄膜中银粒子的尺寸分布。小尺寸的银粒子由于其氧化还原电位较低,电子在光照激发下能够更容易的从Ag粒子的费米能级跃迁到二氧化钛的导带,完成银粒子在被光照下的失电子氧化过程。此外,用长波激光（808nm）照射薄膜,可以改变薄膜中Ag粒子的尺寸分布,从而实现对光栅响应时间的调控;通过延长光催化沉积银的时间来提高薄膜中银的百分含量,可以提高光栅衍射效率。如果进一步优化薄膜的结构以及制备方法,比如提高膜厚以及薄膜的透过率,让薄膜中银粒子的尺寸更小分布更均匀,光栅衍射效率可以进一步提高,光栅响应时间可以进一步缩短,这将有利于实现在Ag/TiO₂体系上的超快高密度全息光存储。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-7
第一章引言  7-9
  1.1 Ag/TiO_2全息光存储简介  7-8
  1.2 本论文的研究目的和意义  8
  1.3 本论文的主要内容  8-9
第二章实验制备部分  9-14
  2.1 Ag/TiO_2薄膜样品制备  9-10
  2.2 Ag/TiO_2薄膜和 Ag 纳米粒子尺寸分布的电镜表征  10-13
  2.3 光致变色烧孔及其全息实验装置  13
  2.4 本章小结  13-14
第三章结果与讨论  14-29
  3.1 薄膜的扫描和透射电镜表征分析  14-15
  3.2 紫外可见近红外（UV-Vis-NIR）吸收光谱分析  15-17
  3.3. 532 nm 波长激发光致变色烧孔以及光致变色速率分析  17-21
  3.4 Ag/TiO_2光致变色速率的尺寸依赖性机理分析  21-23
  3.5 基于光致变色的全息光存储实验  23-27
  3.6 本章小结  27-29
参考文献  29-32
致谢  32-33
在学期间公开发表论文及著作情况  33

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