一種碳納米材料薄膜飽和吸收體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超短脈沖激光可飽和吸收體制備技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種碳納米材料薄膜飽和吸收體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超短脈沖激光有著極為廣泛的應(yīng)用，如超快光開關(guān)、光纖通信、光纖傳感、工業(yè)加工、激光制導(dǎo)、激光醫(yī)療等領(lǐng)域，目前產(chǎn)生超短脈沖激光常用方法是被動鎖模，該方法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，且能產(chǎn)生皮秒甚至飛秒級的超短脈沖激光。其基本機制是在光路中加入飽和吸收體，光源通過飽和吸收體之后，邊翼部分的損耗大于中央部分，導(dǎo)致光脈沖變窄，從而產(chǎn)生超短脈沖激光。目前使用較廣泛的飽和吸收體是半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)，但SESAM不僅制作工藝復(fù)雜，而且必須基于昂貴的超凈室制造系統(tǒng)，制造成本高，性能上還存在工作波長范圍窄、恢復(fù)時間長、調(diào)制深度難以調(diào)控、光損傷閾值低等諸多問題。
[0003]現(xiàn)在一系列碳納米材料如石墨烯、氧化石墨烯、碳納米管等已被廣泛證實能夠作為飽和吸收體，產(chǎn)生超短脈沖激光。碳納米材料相比于SESAM成本大大降低，而且具有工作波長范圍寬、恢復(fù)時間短等諸多優(yōu)點。但是和SESAM同樣存在損傷閾值低的問題，即在高功率激光輻射下，容易與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，燒毀飽和吸收體，從而限制了脈沖激光的輸出功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種碳納米材料薄膜飽和吸收體的制備方法，解決現(xiàn)有碳納米材料在激光作用下與氧氣發(fā)生反應(yīng)，限制脈沖激光的輸出功率等問題。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的方案為:提供一種碳納米材料薄膜飽和吸收體，所述飽和吸收體包括具有內(nèi)部中空腔體(20)的盒狀體(10)、設(shè)置于所述盒狀體(10)上并相對設(shè)置的第一薄膜安放部(31)和第二薄膜安放部(32)，其中，所述中空腔體(20)內(nèi)部容納有惰性氣體，所述第一薄膜安放部(31)和所述第二薄膜安放部(32)使用透明材料制成，所述第一薄膜安放部(31)和所述第二薄膜安放部(32)與所述惰性氣體接觸的表面附著碳納米材料薄膜(41、42)。
[0006]在本發(fā)明的碳納米材料薄膜飽和吸收體中，所述飽和吸收體還包括與所述中空腔體(20)相連通的第一通氣管(51)和第二通氣管(52)，所述第一通氣管(51)和第二通氣管
(52)的管壁與所述盒狀體(10)的外壁密封連接，所述第一通氣管(51)和第二通氣管(52)分別與惰性氣體源和惰性氣體收集器相連通，惰性氣體在所述盒狀體(10)中流動。
[0007]在本發(fā)明的碳納米材料薄膜飽和吸收體中，所述第一薄膜安放部(31)和第二薄膜安放部(32)與所述惰性氣體接觸的表面在附著碳納米材料薄膜(41、42)前，用氧氣等離子體做表面處理。
[0008]在本發(fā)明的碳納米材料薄膜飽和吸收體中，所述碳納米材料薄膜使用如下碳納米材料中的一種制得:碳量子點、石墨烯量子點、碳納米管、氧化石墨烯、還原氧化石墨烯、石墨稀。
[0009]在本發(fā)明的碳納米材料薄膜飽和吸收體中，所述透明材料是如下材料中的一種:
石英、玻璃、藍寶石、碳化硅晶體、氮化鎵晶體。
[0010]在本發(fā)明的碳納米材料薄膜飽和吸收體中，所述惰性氣體為氬氣、氮氣、氦氣、氙氣中的一種。
[0011]在本發(fā)明的碳納米材料薄膜飽和吸收體中，所述碳納米材料薄膜(41、42)附著在所述第一薄膜安放部(31)和所述第二薄膜安放部(32)與所述惰性氣體接觸的表面，使用如下方式中的一種:旋轉(zhuǎn)涂覆法、浸潰提拉涂膜法、濕法轉(zhuǎn)移法。
[0012]在本發(fā)明的碳納米材料薄膜飽和吸收體中，所述旋轉(zhuǎn)涂覆法包括如下步驟:
[0013]SlOl、將碳納米材料超聲分散于溶劑中，形成濃度為lmg/ml?10mg/ml的均勻懸浮液；
[0014]S102、使用旋轉(zhuǎn)涂覆儀,在2000rpm?4000rpm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)涂覆成膜；
[0015]S103、烘干。
[0016]在本發(fā)明的碳納米材料薄膜飽和吸收體中，所述浸潰提拉涂膜法包括如下步驟:
[0017]S201、將碳納米材料超聲分散于溶劑中，形成濃度為lmg/ml?10mg/ml的均勻懸浮液；
[0018]S202、使用浸潰提拉涂膜機，在溫度為10?30°C、相對濕度為30%?60%下，用1nm/s?200nm/s的速度提拉成膜；
[0019]S203、烘干。
[0020]在本發(fā)明的碳納米材料薄膜飽和吸收體中，步驟“將碳納米材料超聲分散于溶劑中”中，所述碳納米材料為碳量子點、石墨烯量子點、碳納米管、氧化石墨烯或者還原氧化石墨烯，用于超聲分散所述碳納米材料的溶劑為水、乙醇、甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、異丙醇、乙二醇、丙酮、苯、甲苯、氯仿、乙醚中的至少一種。
[0021]在本發(fā)明的碳納米材料薄膜飽和吸收體中，所述“將碳納米材料超聲分散于溶劑中”步驟中，超聲分散功率為200?800瓦，超聲分散時間為0.5?5小時。
[0022]在本發(fā)明的碳納米材料薄膜飽和吸收體中，所述“烘干”步驟中，烘干溫度為60?150。。。
[0023]在本發(fā)明的碳納米材料薄膜飽和吸收體中，所述濕法轉(zhuǎn)移法包括如下步驟:
[0024]S301、將沉積有石墨烯的銅箔裁剪成小于所述第一薄膜安放部(31)或者所述第二薄膜安放部(32)的大?。?br>[0025]S302、在所述石墨烯上使用旋轉(zhuǎn)涂覆法涂覆一層聚甲基丙烯酸甲酯，烘干；
[0026]S303、使用濃度為0.lmol/L?2mol/L的FeCl3溶液中，腐蝕掉銅箔，得到石墨烯/PMMA薄膜；
[0027]S304、將所述石墨烯/PMMA薄膜使用去離子水漂洗至少一次；
[0028]S305、將漂洗后的石墨烯/PMMA薄膜遷移到所述第一薄膜安放部(31)和所述第二薄膜安放部(32),烘干；
[0029]S306、溶解PMMA，漂洗，干燥。
[0030]本發(fā)明還提供一種碳納米材料薄膜飽和吸收體的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:
[0031]S1、處理基材:以片狀的透明材料作為基材，對所述基材用氧氣等離子體做表面處理，得到親水性基材；
[0032]S2、薄膜制備:在所述親水性基材的一表面附著碳納米材料薄膜，得到覆膜基材；
[0033]S3、飽和吸收體制備:將兩塊所述覆膜基材相對設(shè)置于具有內(nèi)部中空腔體的盒狀體上，向所述中空腔體內(nèi)充入惰性氣體，碳納米材料薄膜與所述惰性氣體接觸，得到所述飽和吸收體。
[0034]在本發(fā)明的碳納米材料薄膜飽和吸收體的制備方法中,所述步驟S3后還包括:
[0035]S4、連接通氣管:在所述盒狀體上開設(shè)第一通氣孔和第二通氣孔，所述第一通氣孔與第一通氣管相適配，所述第二通氣孔與第二通氣管相適配，所述第一通氣管和第二通氣管的管壁與所述盒狀體的外壁密封連接，所述第一通氣管和第二通氣管分別與惰性氣體源和惰性氣體收集器相連通，惰性氣體在所述盒狀體中流動。
[0036]在本發(fā)明的碳納米材料薄膜飽和吸收體的制備方法中，所述碳納米材料薄膜附著在所述第一薄膜安放部和所述第二薄膜安放部與所述惰性氣體接觸的表面，使用如下方式中的一種:旋轉(zhuǎn)涂覆法、浸潰提拉涂膜法、濕法轉(zhuǎn)移法。
[0037]在本發(fā)明的碳納米材料薄膜飽和吸收體的制備方法中，所述旋轉(zhuǎn)涂覆法包括如下步驟:
[0038]SlOl、將碳納米材料超聲分散于溶劑中，形成濃度為lmg/ml?10mg/ml的均勻懸浮液；
[0039]S102、使用旋轉(zhuǎn)涂覆儀,在2000rpm?4000rpm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)涂覆成膜；
[0040]S103、烘干。
[0041]在本發(fā)明的碳納米材料薄膜飽和吸收體的制備方法中，所述浸潰提拉涂膜法包括如下步驟:
[0042]S201、將碳納米材料超聲分散于溶劑中，形成濃度為lmg/ml?10mg/ml的均勻懸浮液；
[0043]S202、使用浸潰提拉涂膜機，在溫度為10?30°C、相對濕度為30%?60%下，用I Onm/s?200nm/s的速度提拉成膜；
[0044]S203、烘干。
[0045]在本發(fā)明的碳納米材料薄膜飽和吸收體的制備方法中，步驟“將碳納米材料超聲分散于溶劑中”中，所述碳納米材料為碳量子點、石墨烯量子點、碳納米管、氧化石墨烯或者還原氧化石墨烯，用于超聲分散所述碳納米材料的溶劑為水、乙醇、甲基吡咯烷酮、二甲基甲