一种掺杂锑烯纳米材料的高透明复合光学玻璃及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种掺杂锑烯纳米材料的高透明复合光学玻璃，所述高透明复合光学玻璃由锑烯纳米材料和透明玻璃基质组成；所述锑烯纳米材料均匀分散在透明玻璃基质中；所述高透明复合光学玻璃为无色透明的玻璃片，其在紫外区、可见光区及近红外区的透过率为65～95％。本发明专利技术不仅可以实现较高透过率下的高浓度功能材料掺杂，而且在紫外光、可见及近红外光区还具有优异的非线性光学性能和光限幅效应，因此通过光学抛光和镀膜加工，可以将其直接作为非线性光学和光限幅光学玻璃器件使用。

High transparent composite optical glass doped with antimony nano material and its application

The invention discloses a high transparent composite optical glass doped graphene nano materials, the high transparent composite optical glass by antimony graphene nano materials and transparent glass matrix composition; the antimony graphene nanomaterials dispersed evenly in a transparent glass substrate; the high transparent composite optical glass is a colorless transparent glass. In the ultraviolet, visible and near infrared transmittance is 65 ~ 95%. The invention not only can be achieved through higher functional materials of high concentration doping rate, but also has good nonlinear optical properties and optical limiting effect in the ultraviolet, visible and near infrared region, so the optical polishing and coating processing, can be directly used as nonlinear optical and optical limiting device using optical glass.

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂锑烯纳米材料的高透明复合光学玻璃及应用
本专利技术涉及一种光学玻璃。更具体地，涉及一种掺杂锑烯纳米材料的高透明复合光学玻璃及应用。
技术介绍
光学玻璃是研究光传输的最传统媒介，经过多年的发展，形成了以现代科学为基础的玻璃材料学和玻璃工艺学体系，可以实现有目的、有针对性地涉及光学玻璃的物理、化学性质，同时，光学玻璃的形态，也从三维块体材料，发展出二维薄膜和光纤材料，在现代光学工程和光子学工程领域中起着重要作用。目前，传统的光学玻璃早已在光学仪器等产业起到主要作用，而新型光学玻璃在光通信、数据存储和处理等领域变得愈来愈重要。非线性光学功能玻璃是一类重要的新型光学玻璃，在光克尔开关、激光防护等领域具有重要的地位，主要包括半导体氟化物、氧化物以及硫化物玻璃，半导体或金属纳米颗粒复合玻璃，以及溶胶凝胶法制备的无机有机杂化玻璃等非线性光学玻璃。非线性光学玻璃的性能很大程度上决定于所用功能材料的性能好坏，理想的非线性光学材料要求其具有较快的响应时间、较高的线性透过率和损伤阈值、较低的限幅阈值和宽工作波段等指标。经过近几十年的发展，科学家们已经研究了大量材料的非线性光学性能，如酞菁、卟啉、共轭聚合物等有机物、如富勒烯、碳纳米管和石墨烯等碳纳米材料、贵金属纳米粒子和量子点等。同时，针对不同的基质，科研人员制成了不同材料的光学玻璃，如掺杂银纳米粒子、金溶胶以及石墨烯的溶胶凝胶玻璃；酞菁、吡喃及荧光素等掺杂的有机改性硅酸盐材料；石墨烯基聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃等固态复合玻璃等，掺杂的功能材料均匀地分散在基质中，保持或者部分保持了它们本身的光限幅性质，但得到的这些材料的光透过率和非线性光学工作波长范围还远远不能满足使用要求。因此，本专利技术提出了一种掺杂锑烯纳米材料的高透明复合光学玻璃及其制备方法和应用。其不仅可以实现较高透过率下的高浓度功能材料掺杂，而且在紫外光、可见及近红外光区还具有优异的非线性光学性能和光限幅效应，因此通过光学抛光和镀膜加工，可以将其直接作为非线性光学和光限幅光学玻璃器件使用。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种掺杂锑烯纳米材料的高透明复合光学玻璃，该玻璃在紫外光区、可见光区及近红外光区的透过率可达65～95％，另外，该玻璃中掺杂的锑烯纳米材料浓度很高(最高20％)，且锑烯纳米材料均匀分散在透明基质中，没有发生团聚和相分离，同时，通过调整锑烯纳米材料的掺杂浓度，可实现材料的多种性能的调控。这种玻璃可以实现光学抛光和镀膜加工，可以直接作为非线性光学和光限幅光学玻璃器件使用。本专利技术的第二个目的在于提供一种掺杂锑烯纳米材料的高透明复合光学玻璃的制备方法。本专利技术的高透明复合光学玻璃的制备方法简单，可通过对锑烯纳米材料掺杂浓度的调整，实现材料的光学、力学、热学等多种性能的调控。本专利技术的第三个目的在于提供一种具有光限幅和非线性光学性能的高透明复合光学玻璃在非线性光学和光限幅领域的应用。为达到上述第一个目的，本专利技术采用下述技术方案：一种掺杂锑烯纳米材料的高透明复合光学玻璃，所述高透明复合光学玻璃由锑烯纳米材料和透明玻璃基质组成；所述锑烯纳米材料均匀分散在透明玻璃基质中；所述高透明复合光学玻璃为无色透明的玻璃片，其在紫外区、可见光区及近红外区的透过率为65～95％，可以实现在低激光输入能量时具有较高的线性透过率。锑烯是一种新型的光电子材料，将该材料与基质制成具有非线性光学和光限幅性能的新型光学玻璃，其非线性光学工作波段拓宽到2000nm，可以实现较高透过率下的高浓度掺杂。锑烯纳米材料均匀分散在透明基质中，可以避免发生团聚和相分离。优选地，所述锑烯纳米材料的质量百分含量为0.01～20％，余量为透明玻璃基质。通过调整锑烯纳米材料的掺杂浓度，可实现材料的多种性能如光学、力学、热学等的调控。优选地，所述锑烯纳米材料的微观结构为共价键链接的锑原子组成的二维层状结构。优选地，所述锑烯纳米材料长度为10～2500nm，厚度为0.4～40nm。优选地，所述锑烯纳米材料的微观形貌为纳米片层、卷曲带或纳米片。优选地，所述透明玻璃基质选自凝胶玻璃、高温熔融玻璃、透明陶瓷或有机玻璃。优选地，所述凝胶玻璃选自无机凝胶玻璃、有机凝胶玻璃或有机改性硅酸盐凝胶玻璃。优选地，所述高温熔融玻璃选自硅酸盐玻璃、非硅酸盐玻璃、浮法玻璃或平板玻璃。优选地，所述锑烯纳米材料依据专利技术专利《一种单晶少层锑烯的制备方法》(申请号：201510711198.9)或文献MechanicalIsolationofHighlyStableAntimoneneunderAmbientConditions，Adv.Mater.,2016,28,6332公开的，但不限于文献的方法制得。为达到上述第二个目的，本专利技术采用下述技术方案：一种掺杂锑烯纳米材料的高透明复合光学玻璃的制备方法，透明玻璃基质为凝胶玻璃时，包括如下步骤：1)将锑烯纳米材料分散于溶剂中，得到分散液；2)将步骤1)所得分散液分散到凝胶中，得到混合物；所述凝胶选自甲基三乙氧基硅烷凝胶、甲基乙烯基二乙氧基硅烷凝胶或正硅酸乙酯凝胶；3)将步骤2)所得混合物在空气中室温下固化成型，得到掺杂锑烯纳米材料的凝胶玻璃高透明复合光学玻璃。一种掺杂锑烯纳米材料的高透明复合光学玻璃的制备方法，透明玻璃基质为有机玻璃时，包括如下步骤：a)将锑烯纳米材料分散于溶剂中，得到分散液；b)将步骤a)所得分散液与引发剂、甲基丙烯酸甲酯单体混合，反应后，将反应产物固化成型，得到掺杂锑烯纳米材料的有机高透明复合光学玻璃；反应过程为70℃下氮气保护进行预聚；然后灌模，立即将模具密封，在50℃下固化24小时；最后，在100℃下处理3小时，脱模。一种掺杂锑烯纳米材料的高透明复合光学玻璃的制备方法，透明玻璃基质为有机玻璃时，包括如下步骤：A)将锑烯纳米材料分散于溶剂中，得到分散液；B)将聚甲基丙烯酸甲酯粉体溶于有机溶剂，得到聚甲基丙烯酸甲酯溶液；所述有机溶剂选自氯仿、丙酮或四氯化碳；C)将步骤A)所得分散液与步骤B)所得溶液混合，在空气中室温下固化成型，得到掺杂锑烯纳米材料的有机玻璃高透明复合光学玻璃。优选地，所述溶剂选自水、无水乙醇或N-甲基吡咯烷酮；所述分散的方法选自搅拌、超声分散或静置。采用的溶剂均比较常见、易得，且在近中远红外没有吸收，不干扰功能材料测试。一种掺杂锑烯纳米材料的高透明复合光学玻璃的制备方法，透明玻璃基质为高温熔融玻璃时，包括如下步骤：①将锑烯纳米材料与熔融玻璃前驱体混合均匀，得混合物；所述熔融玻璃前驱体为碳酸盐、氧化物、硫系物或卤化物；所述氧化物为Na2CO3、CaCO3、SiO2、CaO、PbO、Al2CO3、Bi2O3或P2O5；②将步骤①所得混合物在250℃干燥1h，再在1500℃熔制4h后，在玻璃化转变温度以上或以下50℃温度处退火1h，得到掺杂锑烯纳米材料的高温熔融玻璃高透明复合光学玻璃。一种掺杂锑烯纳米材料的高透明复合光学玻璃的制备方法，透明玻璃基质为透明陶瓷时，包括如下步骤：S1)将透明陶瓷前驱体粉体与锑烯纳米材料混合球磨，干燥后于玛瑙研钵中研碎，得混合物；所述透明陶瓷前驱体选自碳酸盐、氧化物、硫系物或卤化物；所述氧化物为Na2CO3、CaCO3、SiO2、CaO、PbO、Al2CO3、Bi2O3、P2O本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺杂锑烯纳米材料的高透明复合光学玻璃，其特征在于，所述高透明复合光学玻璃由锑烯纳米材料和透明玻璃基质组成；所述锑烯纳米材料均匀分散在透明玻璃基质中。

【技术特征摘要】
1.一种掺杂锑烯纳米材料的高透明复合光学玻璃，其特征在于，所述高透明复合光学玻璃由锑烯纳米材料和透明玻璃基质组成；所述锑烯纳米材料均匀分散在透明玻璃基质中。2.根据权利要求1所述的一种掺杂锑烯纳米材料的高透明复合光学玻璃，所述高透明复合光学玻璃为无色透明的玻璃片，其在紫外区、可见光区及近红外区的透过率为65～95％。3.根据权利要求1所述的一种掺杂锑烯纳米材料的高透明复合光学玻璃，其特征在于，所述锑烯纳米材料的质量百分含量为0.01～20％，余量为透明玻璃基质。4.根据权利要求1所述的一种掺杂锑烯纳米材料的高透明复合光学玻璃，所述锑烯纳米材料的微观结构为共价键链接的锑原子组成的二维层状结构。5.根据权利要求1所述的一种掺杂锑烯纳米材料的高透明复合光学玻璃，所述锑烯纳米材料长度为10～2500nm，厚度为0.4～...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙兴明，周树云，谢政，曾海波，霍成学，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，南京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11