專利名稱：一種銀、金納米顆粒分散四氧化三鈷光學薄膜及制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于金屬納米顆粒與氧化物復合材料領域，特別是提出了一種銀、金納
米顆粒分散四氧化三鈷光學薄膜及制備方法，涉及到多種金屬納米顆粒分散氧化物
光學薄膜的設計與制備工藝。
背景技術(shù)：
近幾十年來，金屬納米顆粒非線性光學復合薄膜的研究發(fā)展迅速，在光電子工 業(yè)中如光開關、光通訊、光信息處理、光計算機、激光技術(shù)等都需要以非線性光學 材料為基礎材料，金屬納米顆粒非線性光學復合薄膜具有非常廣闊的應用前景?，F(xiàn) 在對此類薄膜的研究已由一元體系金屬納米顆粒非線性光學復合薄膜為主擴展到二 元體系金屬納米顆粒非線性光學薄膜。但是所報道的二元體系金屬納米顆粒復合薄 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聯(lián)效應，在理論上具有大 的光學非線性。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計量比，并且還具有制備周期短、操作方便、 成本低等優(yōu)點。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 四氧化三鈷光學薄膜還未見報道。
發(fā)明內(nèi)容
一種銀、金納米顆粒分散四氧化三鈷光學薄膜及制備方法，其薄膜化學成分組 成通式為AgxAuy/(Co304)h-y，其中x、 y分別表示Ag、 Au組成元素的摩爾分數(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兩個波段觀察到吸收峰。
本發(fā)明技術(shù)的主要特點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，復合薄膜在光吸收圖譜中分別出現(xiàn)了銀、金兩個較強的 等離子共振吸收峰，光吸收圖譜如圖1所示，增加了光非線性吸收的范圍，具有優(yōu) 良的非線性光學性質(zhì)。
3圖1為本發(fā)明設計的一種AgxAUy/(C0304)k.y復合薄膜的光吸收圖譜。
具體實施例方式
實施例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乙二醇獨甲醚溶劑中，在磁力攪拌機上 攪拌3小時，陳化6小時，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，再在磁力攪拌機上攪拌5小時，陳化8小時，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，先以300 rpm的速度運轉(zhuǎn)3秒，再 以3000 rpm的速度運轉(zhuǎn)10秒，勻膠后進行一次熱分解處理，熱分解溫度為300°C， 時間為30秒，涂膜結(jié)束后，將樣品置于熱處理爐中進行退火，退火溫度580'C，退
火保溫時間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，進行相同的勻膠，熱分解和退火處理，最后得到Ag謹Auo.(n/(Co304), 復合光學薄膜。 實施例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乙二醇獨甲醚溶劑中，在磁力攪拌機上 攪拌3小時，陳化6小時，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，再在磁力攪拌機上攪拌5小時，陳化8小時，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，先以300rpm的速度運轉(zhuǎn)3秒，再以 3000rpm的速度運轉(zhuǎn)10秒，勻膠后進行一次熱分解處理，熱分解溫度為300。C，時 間為30秒，涂膜結(jié)束后，將樣品置于熱處理爐中進行退火，退火溫度58(TC，退火 保溫時間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復合光學薄膜。
實施例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乙二醇獨甲醚溶劑中，在磁力攪拌機上 攪拌3小時，陳化6小時，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，再在磁力攪拌機上攪拌5小時，陳化8小時，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，先以300rpm的速度運轉(zhuǎn)3秒，再以 3000ipm的速度運轉(zhuǎn)10秒，勻膠后進行一次熱分解處理，熱分解溫度為300'C，時 間為30秒，涂膜結(jié)束后，將樣品置于熱處理爐中進行退火，退火溫度58(TC，退火
保溫時間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復合光學薄膜。 實施例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乙二醇獨甲醚溶劑中，在磁力攪拌機上 攪拌3小時，陳化6小時，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，再在磁力攪拌機上攪拌5小時，陳化8小時，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，先以300rpm的速度運轉(zhuǎn)3秒，再以 3000rpm的速度運轉(zhuǎn)10秒，勻膠后進行一次熱分解處理，熱分解溫度為300'C，時 間為30秒，涂膜結(jié)束后，將樣品置于熱處理爐中進行退火，退火溫度58(TC，退火 保溫時間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復合光學薄膜。
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薄膜，其特征是化學成分組成通式為AgxAuy/(Co3O4)1-x-y，其中x、y分別表示Ag、Au組成元素的摩爾分數(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、氯金酸和乙二醇獨甲醚為原料， 采用溶膠-凝膠法合成化學計量比準確、成分均勻的前軀體溶液，然后采用勻膠機在玻璃基片上進行涂膜，經(jīng)過退火處理最后得到AgxAUy/(C0304)h-y復合薄膜。
全文摘要
一種銀、金納米顆粒分散四氧化三鈷光學薄膜及制備方法，屬于金屬納米顆粒與氧化物復合材料領域。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薄膜，其特征是化學成分組成通式為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組成元素的摩爾分數(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)良的非線性光學特性。
文檔編號G02F1/355GK101614929SQ20091008968
公開日2009年12月30日 申請日期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 申請人:北京科技大學