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可溶性碳纳米管衍生物的合成及其光限幅性能研究

作　者: 张进娟
导　师: 陈彧
学　校: 华东理工大学
专　业: 先进材料与制备技术
关键词: 可溶性碳纳米管非线性光学光限幅
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

光限幅(Optical Limiting)是非线性光学的重要应用之一。在理想状态下即当一束强激光通过光限幅材料时,这些材料能有效地将激光强度降低到光学仪器及人眼能接受的水平。开发基于非线性光学原理、具有弱分子间相互作用、能在很宽的光谱范围内展现出大的非线性吸收、具有纳秒或皮秒级响应时间及低的光限幅损害阈值的有机/高分子非线性光学功能材料是激光防护领域极具挑战性的发展方向之一,也是激光防护材料发展中的一个热点。碳纳米管(Carbon Nanotubes, CNTs)是一种重要的宽带光限幅材料,具有独特的结构和优良的电学、力学和光学性能,能在温和的实验条件下发生多种化学反应。与其它诸如碳黑和石墨烯等碳材料一样,碳纳米管的最大缺点是难溶于普通有机溶剂、加工困难,从而极大地限制了其在光电等高科技领域的应用。对其进行适当的化学修饰后,能大大增强其在有机溶剂中的溶解度。基于此,本论文设计和制备了两种由聚乙烯咔唑(Poly(N-Vinylcarbazole), PVK)和聚倍半硅氧烷(polyhedral oligomeric silsesquioxane, POSS)共价化学修饰的高度可溶的新型碳纳米管光限幅功能材料。第一章,综述了碳纳米管的结构、化学修饰及其在光限幅领域中的研究进展。第二章,以PVK为电子给体(Donor, D),多壁碳纳米管(Multiwalled Carbon Nanotubes, MWNTs)为电子受体(Accepter, A)设计和合成了一个具有推-拉电子结构的D-A型光限幅功能材料PVK-MWNT。我们首先将可逆加成一裂解链转移活性自由基聚合(reversible addition-fragmentation chain transfer, RAFT)试剂S-1-十二烷基-S’-(α,α’-二甲基-α’,α"-乙酸三硫代碳酸酯(S-1-Dodecyl-S’-(α,α’-dimethyl-α"-acetic acid) trithiocarbonate, DDAT)共价接枝到MWNTs上形成新的RAFT试剂,然后通过RAFT活性自由基聚合方法成功实现了PVK直接在MWNTs的表面上生长。与MWNTs相比,PVK-MWNT在诸如甲苯、四氢呋喃、氯仿和N,N-二甲基甲酰胺等常见有机溶剂中展现出优良的溶解性和典型的可溶性碳纳米管衍生物的电子吸收特征。当线性透过率相同时,接枝79.2%PVK的MWNTs的光限幅性能优于MWNTs, C60和接枝其它含量PVK的MWNTs。其光限幅机理主要起源于热诱导微等离子体或微气泡的光散射。第三章,为了研究碳纳米管在溶液中的本征激光防护能力,我们设计和制备了一种高度可溶的聚倍半硅氧烷共价接枝的多壁碳纳米管(MWNT-POSS)光限幅功能材料。POSS本身是非光学活性的,能很好地溶解于许多常见有机溶剂。因此POSS的引入能有效地提高MWNTs在有机溶剂中的溶解度,为人们更加准确地研究MWNTs的本征非线性光学和光限幅性能提供了一个优良的样本。我们通过氨丙基聚倍半硅氧烷与酰氯化的MWNTs酰胺化反应,将POSS接枝到MWNTs上,POSS的接枝含量高达44%。结果该材料在532nm的激光辐射条件下表现出非常优异的纳秒脉冲激光防护能力。

可溶性碳纳米管衍生物的合成及其光限幅性能研究

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