DAST微纳米光学材料的制备及特性研究

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有机非线性材料4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲基苯磺酸盐(DAST)具有优异的非线性光学(NLO)性能和较快的响应速度,在频率转换、光参量振荡、电光调制、集成光子器件、太赫兹(THz)等领域显示了重要的研究价值。与体材料特性显著不同,微纳米材料具有与尺寸相关的机械、电、热和光学特性。虽然沉淀法或基底支撑快速蒸发结晶法(Substrate Support Rapid Evaporation Crystallization,简称SSREC)可以制备DAST微纳晶体,但是快速、可控地制备DAST及其衍生物的微米或纳米尺寸材料仍然难以实现。为此,本文探索发展了制备DAST微纳米材料的一些新方法,包括沉淀模板法、溶剂分散法、溶剂法等,并据此制备出微米棒、纳米线、枝晶、六边形纳米片等多种形态的DAST微纳米材料。本文具体研究成果包括:(1)使用自制的Dean-Stark装置,合成、提纯了有机材料DAST。在此基础上,通过将适量的氨水、醋酸氨和油酸氨加入DAST的甲醇溶液中,成功地制备了长度为0.6mm-5mm、宽度为0.1mm-0.5mm的DAST微米棒。研究发现,所制备的DAST波导具有很强的荧光特性。另外,还发现了DAST微米棒中存在激子极化激元传播的现象。相关成果对于拓展DAST的波导应用有参考价值。(2)本文探索在密封环境中蒸发生长的方法,直接生长出大规模的DAST枝晶阵列。XRD、UV、红外光谱等表征结果表明,所制备的DAST枝晶呈单晶态。通过成核限制聚集模型分析发现,在高驱动力的情形下,成核现象不可忽略,结合晶粒的择优取向生长,最终生长为对称或非对称的枝晶及分形结构。(3)利用溶剂分散法制备了无添加剂的长度达数百微米的DAST纳米线(直径0.9μm–2μm)。通过荧光显微镜,观察到了制备的DAST纳米线也存在激子极化激元传播现象。同时,我们还研究了DAST纳米线SHG(Second Harmonic Generation,简称SHG)信号的方向性,并对其进行了理论分析。如果对硅片基底进行亲水处理,还可以使DAST纳米线发生弯曲。综合DAST分子内部结构和外在环境,认为在阴阳离子间强库仑力、大偶极矩以及表面张力的综合作用下,导致DAST纳米线的形成。(4)通过控制DAST粉末在水溶液中的溶解度,成功地制备了DAST·H2O六边形纳米片。解释了形成DAST·H2O六边形纳米片的原因是由于DAST分子与水分子形成氢键,阻碍了DAST沿b轴生长。XRD、红外光谱测试结果表明,DAST·H2O纳米片中含有大量的结晶水,是三斜结构,因此不具有二次谐波产生(second harmonic generation,简称SHG)性质。此外,还研究了退火对DAST·H2O六边形纳米片的影响。
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