[发明专利]一种Se掺杂Bi2

说明书

本发明公开了一种Se掺杂Bi₂O₂S纳米片及其制备方法和应用。采用水热法制得的e掺杂Bi₂O₂S纳米片在脉宽208飞秒，波长800纳米，频率为100千赫兹的激光器条件下，非线性吸收系数β和三阶极化率虚部Imχ⁽³⁾值最高可达‑6.98×10³ cm·GW^‑1和‑5.37×10^‑7 esu，其绝对值比几种典型的二维非线性材料MoS₂、MoSe₂、石墨烯和黑磷大几个数量级，表明Se掺杂Bi₂O₂S纳米片具有显著三阶非线性饱和吸收性能，是一种优异的可饱和吸收体材料，可以广泛应用于超短脉冲激光调Q和锁模等领域。

技术领域

本发明属于高级氧化物及新材料技术领域，具体涉及一种Se掺杂Bi₂O₂S纳米片及其制备方法和应用。

背景技术

非线性光学作为光子学的研究基础，目前已在光子技术中得到广泛应用。可饱和吸收体材料是脉冲激光、光调制器和光开关等光子器件形成的关键元件，随着光子器件的发展，寻找响应快、大的非线性光学效应的三阶非线性光学可饱和吸收体材料一直是研究的重点。

目前，非线性光学材料研究热点主要集中在几种具有代表性的材料，包括石墨烯、黑磷和过渡金属硫族化物（TMDCs）等材料。石墨烯作为最早被生产和研究的二维材料，由于其独特的零带隙结构，在电子、光学、生物等领域得到了广泛应用。然而，由于石墨烯的吸收性能弱而导致其调制深度低，使得其光学调制性能不稳定。半导体TMDCs薄片的光学和电子特性高度依赖于层数，如单层半导体TMDCs表现出与本体形式（间接带隙）不同的特性变化，但是大多数半导体TMDCs的固有能带隙在1.6-2 eV之间，因此在光电子器件的许多实际应用中都存在局限性。虽然黑磷的带隙特性弥补了零带隙石墨烯和大带隙半导体TMDCs之间的间隙，但是黑磷的物理和化学稳定性较差，不适合存储和长期稳定的光电器件应用。

虽然对二维材料的非线性光学研究已经很多，但现有的低维材料体系还不能同时满足合适的带隙、超高的迁移率和优异的环境稳定性的要求。层状铋氧硫族化合物具有显著的稳定性、可调谐的能带结构和较高的载流子迁移率，逐渐成为二维氧化物纳米材料中研究的热点。目前其在非线性光学方向的研究报道还比较少，因此本发明提出了一种Se掺杂Bi₂O₂S纳米片的制备方法及应用。本发明的制备方法简单，制备得到的纳米片具有显著三阶非线性饱和吸收性能，可以广泛应用于激光调Q和锁模等领域。

发明内容

本发明的目的在于克服现有可饱和吸收体材料的缺点而提供的一种Se掺杂Bi₂O₂S纳米片及其制备方法和应用，制得的纳米片具有很强的三阶非线性光学饱和吸收性能，是一种优异的可饱和吸收体材料，可以应用于激光调Q和锁模等领域。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种Se掺杂Bi₂O₂S纳米片的制备方法，以五水合硝酸铋、硫脲、单水氢氧化锂、硒粉、水合肼、十六烷基三甲基溴化铵为原料，采用水热法制得Se掺杂Bi₂O₂S纳米片。

进一步，具体步骤如下：

（1）取3-5 mL去离子水于烧杯中，再向烧杯中加入0.08-0.16 mL水合肼摇匀，再加入0.36-0.41 g单水氢氧化锂粉末，然后将烧杯密封并将其放入超声水浴中进行超声以形成水合肼碱性溶液，之后将0.0016-0.0032 g硒粉加入烧杯中，继续超声直至硒粉全部溶解，得到酒红色溶液A；

（2）称取0.1164 g五水合硝酸铋，将五水合硝酸铋在搅拌下溶于30-40 mL去离子水中，然后加入0.0061-0.0076 g硫脲，在恒温下用磁力搅拌器搅拌使两者充分溶解直到均匀混合，得到溶液B；