專利名稱：一種銀、金納米顆粒分散四氧化三鈷光學(xué)薄膜及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬納米顆粒與氧化物復(fù)合材料領(lǐng)域，特別是提出了一種銀、金納
米顆粒分散四氧化三鈷光學(xué)薄膜及制備方法，涉及到多種金屬納米顆粒分散氧化物
光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)與制備工藝。
背景技術(shù)：
近幾十年來(lái)，金屬納米顆粒非線性光學(xué)復(fù)合薄膜的研究發(fā)展迅速，在光電子工 業(yè)中如光開關(guān)、光通訊、光信息處理、光計(jì)算機(jī)、激光技術(shù)等都需要以非線性光學(xué) 材料為基礎(chǔ)材料，金屬納米顆粒非線性光學(xué)復(fù)合薄膜具有非常廣闊的應(yīng)用前景?，F(xiàn) 在對(duì)此類薄膜的研究已由一元體系金屬納米顆粒非線性光學(xué)復(fù)合薄膜為主擴(kuò)展到二 元體系金屬納米顆粒非線性光學(xué)薄膜。但是所報(bào)道的二元體系金屬納米顆粒復(fù)合薄 膜中，金屬顆粒大多數(shù)以合金的形式存在，以單質(zhì)形式存在的報(bào)道還比較少見。作 為新的非線性材料的候選者，過渡金屬氧化物由于電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)，在理論上具有大 的光學(xué)非線性。與其它制備薄膜的方法相比，溶膠-凝膠法可在不同介質(zhì)基體中分散 多種金屬、能夠精確控制薄膜的化學(xué)計(jì)量比，并且還具有制備周期短、操作方便、 成本低等優(yōu)點(diǎn)。采用溶膠-凝膠法制備以單質(zhì)形式存在的Au、 Ag二元金屬顆粒分散 四氧化三鈷光學(xué)薄膜還未見報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容
一種銀、金納米顆粒分散四氧化三鈷光學(xué)薄膜及制備方法，其薄膜化學(xué)成分組 成通式為AgxAuy/(Co304)h-y，其中x、 y分別表示Ag、 Au組成元素的摩爾分?jǐn)?shù)，x 的取值范圍為0.01~0.6， y的取值范圍為0.01-0.6， x+y的取值范圍為0.02-0.8。本 發(fā)明采用溶膠-凝膠法制備AgxAuy/(Co304)^.y復(fù)合薄膜，納米銀、金顆粒以金屬單 質(zhì)的形式分散于四氧化三鈷基體中，銀、金顆粒直徑均為1 100nm，薄膜在350 450nm和550 650nm兩個(gè)波段觀察到吸收峰。
本發(fā)明技術(shù)的主要特點(diǎn)是在所制備的薄膜中，銀、金顆粒分別以金屬單質(zhì)的 形式分散于氧化物基體中，復(fù)合薄膜在光吸收?qǐng)D譜中分別出現(xiàn)了銀、金兩個(gè)較強(qiáng)的 等離子共振吸收峰，光吸收?qǐng)D譜如圖1所示，增加了光非線性吸收的范圍，具有優(yōu) 良的非線性光學(xué)性質(zhì)。
3圖1為本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種AgxAUy/(C0304)k.y復(fù)合薄膜的光吸收?qǐng)D譜。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l
稱取0.8731g的硝酸鈷(Co(N03)2'6H20)， 0.1699g的硝酸銀(AgN03)和0.4188g 的氯金酸(HAuCl4*4H20)，分別加入到10ml乙二醇獨(dú)甲醚溶劑中，在磁力攪拌機(jī)上 攪拌3小時(shí)，陳化6小時(shí)，得到濃度為0.3mol/L的Co母體溶液、0.1mol/L的Ag母 體溶液和0.1mol/L的Au母體溶液；然后量取9.8 ml的Co母體溶液和0.2 ml的Ag 母體溶液，將兩種溶液混合，再在磁力攪拌機(jī)上攪拌5小時(shí)，陳化8小時(shí)，制得 Ago.。2/(Co304)o.98前驅(qū)體溶液。用同樣的方法，量取9.8 ml的Co母體溶液和0.2 ml的
Au母體溶液，制備AUo.。2/(C0304)0.98前驅(qū)體溶液。勻膠之前，將基片依次在蒸餾水、
乙醇、丙酮中超聲清洗，然后將其放入干燥箱中烘干，干燥后涂覆一層已配制好的 Ago.o2/(Co304)o,98前驅(qū)體溶液于基片上。勻膠時(shí)，先以300 rpm的速度運(yùn)轉(zhuǎn)3秒，再 以3000 rpm的速度運(yùn)轉(zhuǎn)10秒，勻膠后進(jìn)行一次熱分解處理，熱分解溫度為300°C， 時(shí)間為30秒，涂膜結(jié)束后，將樣品置于熱處理爐中進(jìn)行退火，退火溫度580'C，退
火保溫時(shí)間30分鐘。然后按上述步驟再涂覆一層AU0.02/(CO3O4)a98前驅(qū)體溶液于上
述基片上，進(jìn)行相同的勻膠，熱分解和退火處理，最后得到Ag謹(jǐn)Auo.(n/(Co304), 復(fù)合光學(xué)薄膜。 實(shí)施例2
稱取0.8731g的硝酸鈷(Co(N03)r6H20)， 0.1699g的硝酸銀(AgNCb)和0.4188g 的氯金酸(HAuCl4'4H20)，分別加入到10ml乙二醇獨(dú)甲醚溶劑中，在磁力攪拌機(jī)上 攪拌3小時(shí)，陳化6小時(shí)，得到濃度為0.3mol/L的Co母體溶液、0.1mol/L的Ag母 體溶液和0.1mol/L的Au母體溶液；然后量取6 ml的Co母體溶液和4ml的Ag母 體溶液，將兩種溶液混合，再在磁力攪拌機(jī)上攪拌5小時(shí)，陳化8小時(shí)，制得 AgoV(Co304)o.6前驅(qū)體溶液。用同樣的方法，量取6 ml的Co母體溶液和4 ml的Au 母體溶液，制備AU0.4/(CO3O4)0.6前驅(qū)體溶液。勻膠之前，將基片依次在蒸鎦水、乙醇、 丙酮中超聲清洗，然后將其放入干燥箱中烘干，干燥后涂覆一層已配制好的 八80.4/(0)304)().6前驅(qū)體溶液于基片上。勾膠時(shí)，先以300rpm的速度運(yùn)轉(zhuǎn)3秒，再以 3000rpm的速度運(yùn)轉(zhuǎn)10秒，勻膠后進(jìn)行一次熱分解處理，熱分解溫度為300。C，時(shí) 間為30秒，涂膜結(jié)束后，將樣品置于熱處理爐中進(jìn)行退火，退火溫度58(TC，退火 保溫時(shí)間30分鐘。然后按上述步驟再涂覆一層八110.4/(0)304)0.6前驅(qū)體溶液于上述基 片上，進(jìn)行相同的勻膠，熱分解和退火處理，最后得到八8().2八110.2/(0)304)().6復(fù)合光學(xué)薄膜。
實(shí)施例3
稱取0.8731g的硝酸鈷(Co(N03)2'6H20)， 0.1699g的硝酸銀(AgN03)和0.4188g 的氯金酸(HAuCLr4H20)，分別加入到10ml乙二醇獨(dú)甲醚溶劑中，在磁力攪拌機(jī)上 攪拌3小時(shí)，陳化6小時(shí)，得到濃度為0.3mol/L的Co母體溶液、0.1mol/L的Ag母 體溶液和0.1mol/L的Au母體溶液；然后量取lml的Co母體溶液和9ml的Ag母 體溶液，將兩種溶液混合，再在磁力攪拌機(jī)上攪拌5小時(shí)，陳化8小時(shí)，制得 Ago.9/(Co304)(n前驅(qū)體溶液。用同樣的方法，量取4ml的Co母體溶液和6ml的Au 母體溶液，制備AUo.6/(C0304)o.4前驅(qū)體溶液。勻膠之前，將基片依次在蒸餾水、乙醇、 丙酮中超聲清洗，然后將其放入干燥箱中烘干，干燥后涂覆一層已配制好的 Ago.9/(Co304)o.,前驅(qū)體溶液于基片上。勻膠時(shí)，先以300rpm的速度運(yùn)轉(zhuǎn)3秒，再以 3000ipm的速度運(yùn)轉(zhuǎn)10秒，勻膠后進(jìn)行一次熱分解處理，熱分解溫度為300'C，時(shí) 間為30秒，涂膜結(jié)束后，將樣品置于熱處理爐中進(jìn)行退火，退火溫度58(TC，退火
保溫時(shí)間30分鐘。
一層膜制備完成后按上述步驟再涂覆一層AU0.6/(CO3O4)0.4前驅(qū)體
溶液于上述基片上，進(jìn)行相同的勻膠，熱分解和退火處理。然后再按相同步驟涂覆 一層AgQ,9/(C0304)(U膜，最后得到Ago.6Auo.2/(Co304)G.2復(fù)合光學(xué)薄膜。 實(shí)施例4
稱取0.8731g的硝酸鈷(Co(N03)2'6H20)， 0.1699g的硝酸銀(AgN03)和0.4188g 的氯金酸(HAuCLr4H20)，分別加入到10ml乙二醇獨(dú)甲醚溶劑中，在磁力攪拌機(jī)上 攪拌3小時(shí)，陳化6小時(shí)，得到濃度為0.3mol/L的Co母體溶液、0.1mol/L的Ag母 體溶液和0.1mol/L的Au母體溶液；然后量取lml的Co母體溶液和9ml的Au母 體溶液，將兩種溶液混合，再在磁力攪拌機(jī)上攪拌5小時(shí)，陳化8小時(shí)，制得 Auo.9/(Co304)(u前驅(qū)體溶液。用同樣的方法，量取4 ml的Co母體溶液和6 ml的Ag 母體溶液，制備Ago.6/(C0304)o.4前驅(qū)體溶液。勻膠之前，將基片依次在蒸餾水、乙醇、 丙酮中超聲清洗，然后將其放入干燥箱中烘干，干燥后涂覆一層已配制好的 Auo.9/(Co304)(u前驅(qū)體溶液于基片上。勻膠時(shí)，先以300rpm的速度運(yùn)轉(zhuǎn)3秒，再以 3000rpm的速度運(yùn)轉(zhuǎn)10秒，勻膠后進(jìn)行一次熱分解處理，熱分解溫度為300'C，時(shí) 間為30秒，涂膜結(jié)束后，將樣品置于熱處理爐中進(jìn)行退火，退火溫度58(TC，退火 保溫時(shí)間30分鐘。 一層膜制備完成后按上述步驟再涂覆一層Ago.e/(Co304)o.4前驅(qū)體 溶液于上述基片上，進(jìn)行相同的勻膠，熱分解和退火處理。然后再按相同步驟涂覆 一層Auo.9/(Co304)al膜，最后得到Ago.2Auo.6/(Co304)o.2復(fù)合光學(xué)薄膜。
權(quán)利要求
1.一種銀、金單質(zhì)金屬納米顆粒分散氧化物非線性光學(xué)薄膜，其特征是化學(xué)成分組成通式為AgxAuy/(Co3O4)1-x-y，其中x、y分別表示Ag、Au組成元素的摩爾分?jǐn)?shù)，x的取值范圍為0.01～0.6，y的取值范圍為0.01～0.6，x+y的取值范圍為0.02～0.8。
2. 如權(quán)利要求1所述的銀、金單質(zhì)金屬納米顆粒分散氧化物非線性光學(xué)薄膜，其特 征在于直徑分布均在1 100nm范圍內(nèi)的納米銀、金顆粒以金屬單質(zhì)的形式分 散于四氧化三鈷基體中，薄膜在350 450nm和550 650nm兩個(gè)波段觀察到吸 收峰。
3. —種如權(quán)利要求1和2所述的銀、金單質(zhì)金屬納米顆粒分散氧化物非線性光學(xué)薄 膜的制備方法，其特征在于以硝酸鈷，硝酸銀、氯金酸和乙二醇獨(dú)甲醚為原料， 采用溶膠-凝膠法合成化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確、成分均勻的前軀體溶液，然后采用勻膠機(jī)在玻璃基片上進(jìn)行涂膜，經(jīng)過退火處理最后得到AgxAUy/(C0304)h-y復(fù)合薄膜。
全文摘要
一種銀、金納米顆粒分散四氧化三鈷光學(xué)薄膜及制備方法，屬于金屬納米顆粒與氧化物復(fù)合材料領(lǐng)域。本發(fā)明提供一種銀、金單質(zhì)金屬納米顆粒分散氧化物非線性光學(xué)薄膜，其特征是化學(xué)成分組成通式為Ag<sub>x</sub>Au<sub>y</sub>/(Co<sub>3</sub>O<sub>4</sub>)<sub>1-x-y</sub>，其中x、y分別表示Ag、Au組成元素的摩爾分?jǐn)?shù)，x的取值范圍為0.01～0.6，y的取值范圍為0.01～0.6，x+y的取值范圍為0.02～0.8。納米銀、金顆粒以金屬單質(zhì)的形式分散于四氧化三鈷基體中，銀、金顆粒直徑均為1～100nm，薄膜在350～450nm和550～650nm兩個(gè)波段觀察到吸收峰，增加了光吸收范圍，具有優(yōu)良的非線性光學(xué)特性。
文檔編號(hào)G02F1/355GK101614929SQ20091008968
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月28日
發(fā)明者張波萍, 張美霞, 順 李, 王士京, 趙翠華 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)