[发明专利]CuOx/SiO2三阶非线性光学复合薄膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

　　本发明涉及非线性光学材料技术领域，具体涉及一种CuO_x/SiO₂三阶非线性光学复合薄膜材料及其电化学-溶胶凝胶制备方法。 

  

背景技术

非线性光学（NLO）研究相干光与物质相互作用时出现的各种新现象的产生机制、过程规律及应用途径，是在激光出现后迅速发展起来的光学的一个新分支。非线性光学的研究在激光技术、光通信、信息和图像的处理与存储、光计算等方面有着重要的应用，具有重大的应用价值和深远的科学意义。 

非线性光学和相关学科的发展在很大程度上得益于新型非线性光学材料的出现和应用。近年来，非线性光学材料的研制占有突出的地位，随着材料和激光技术的发展，在很多材料中发现了非线性光学效应。其中，铜及其氧化物材料，因其优良的非线性光学效应而受到格外的关注。目前已经开发出很多种类的非线性光学材料，以氧化物玻璃和块状无机晶体材料为主，它们在集成器件的实际应用中受到限制，而薄膜材料能够适应光电子器件微型化的要求，成为当今材料科学的一个研究热点。 

研究表明，具有三阶非线性光学性能的Cu/SiO₂复合薄膜材料的制备方法多集中在离子注入、溶胶凝胶-退火、溅射等技术，但是存在设备昂贵、操作复杂、复合材料不稳定等缺点。CuO和Cu₂O是典型的过渡金属氧化物半导体，据报道其一元体系氧化物薄膜或者晶体均具有较大非线性光学效应。CuO或者Cu₂O关于非线性光学性能的报道集中在单相的CuO或者Cu₂O，而没有CuO/SiO₂、Cu₂O/SiO₂复合薄膜材料的相关报道。 

  

发明内容

　　针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种CuO_x/SiO₂（x=0, 0.5, 1）三阶非线性光学复合薄膜。 

同时，本发明解决现有技术制备三阶非线性光学性能复合薄膜材料存在设备昂贵、操作复杂、复合材料不稳定等问题，而提供一种操作简便、制备周期短、成本低的制备CuO_x/SiO₂（x=0, 0.5, 1）三阶非线性光学复合薄膜的方法。 

本发明采用的技术方案如下：一种CuO_x/SiO₂（x=0, 0.5, 1）三阶非线性光学复合薄膜，其特征在于：SiO₂薄膜上分别嵌有Cu、Cu₂O或者CuO颗粒的复合薄膜结构。 

进一步，所述CuO_x/SiO₂（x=0, 0.5, 1）三阶非线性光学复合薄膜的制备方法，包括以下步骤： 

a. 制备均匀稳定的铜盐硅溶胶；

b. 将均匀稳定的铜盐硅溶胶以电化学-溶胶凝胶的方式在工作电极上生成复合薄膜，通过控电位、控电流方法或调控循环伏安方法中的起止电位调整复合薄膜中Cu、Cu₂O或者CuO颗粒的尺寸、形态及其和SiO₂的比例；

c. 将附着有CuO_x/SiO₂复合薄膜的工作电极在室温下自然晾干。

    其中，步骤a中，将一定量的铜盐溶于缓冲溶液中，然后加入一定量的硅源并在室温下搅拌5~9 h。其中，铜盐可选择氯化铜、硫酸铜和硝酸铜中任一种，硅源选择正硅酸乙酯或正硅酸甲酯，所述缓冲溶液由邻苯二甲酸氢钾与盐酸或氢氧化钠配制而成，缓冲溶液的摩尔浓度可为0.5~2mmol/L，pH值为3～6，且缓冲溶液中含有0.1~0.3mol/L KNO₃。 

本发明具有如下有益效果： 

1、本发明复合薄膜的结构具有创造性，即为SiO₂薄膜上嵌有Cu或者Cu₂O或者CuO颗粒的复合薄膜结构，具有这种结构和这种光学特性的复合薄膜还未见报道。