一种碳纳米材料薄膜饱和吸收体及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纳米材料薄膜饱和吸收体及其制备方法，所述饱和吸收体包括具有内部中空腔体的盒状体、设置于所述盒状体上并相对设置的第一薄膜安放部和第二薄膜安放部，其中，所述中空腔体内部容纳有惰性气体，所述第一薄膜安放部和所述第二薄膜安放部使用透明材料制成，所述第一薄膜安放部和所述第二薄膜安放部与所述惰性气体接触的表面附着碳纳米材料薄膜。实施本发明专利技术，惰性气体保护了饱和吸收体结构，隔绝了碳纳米材料与空气的接触，从而有效防止碳纳米材料在激光作用下与氧气发生反应，进而提高饱和吸收体的光损伤阈值，可以得到更高输出功率的脉冲激光，饱和强度低、恢复时间短、响应波长范围宽。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超短脉冲激光可饱和吸收体制备
，更具体的说，涉及。
技术介绍
超短脉冲激光有着极为广泛的应用，如超快光开关、光纤通信、光纤传感、工业加工、激光制导、激光医疗等领域，目前产生超短脉冲激光常用方法是被动锁模，该方法系统结构简单，且能产生皮秒甚至飞秒级的超短脉冲激光。其基本机制是在光路中加入饱和吸收体，光源通过饱和吸收体之后，边翼部分的损耗大于中央部分，导致光脉冲变窄，从而产生超短脉冲激光。目前使用较广泛的饱和吸收体是半导体可饱和吸收镜(SESAM)，但SESAM不仅制作工艺复杂，而且必须基于昂贵的超净室制造系统，制造成本高，性能上还存在工作波长范围窄、恢复时间长、调制深度难以调控、光损伤阈值低等诸多问题。现在一系列碳纳米材料如石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管等已被广泛证实能够作为饱和吸收体，产生超短脉冲激光。碳纳米材料相比于SESAM成本大大降低，而且具有工作波长范围宽、恢复时间短等诸多优点。但是和SESAM同样存在损伤阈值低的问题，即在高功率激光辐射下，容易与空气中的氧气发生反应，烧毁饱和吸收体，从而限制了脉冲激光的输出功率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种碳纳米材料薄膜饱和吸收体的制备方法，解决现有碳纳米材料在激光作用下与氧气发生反应，限制脉冲激光的输出功率等问题。本专利技术解决上述技术问题的方案为:提供一种碳纳米材料薄膜饱和吸收体，所述饱和吸收体包括具有内部中空腔体(20)的盒状体(10)、设置于所述盒状体(10)上并相对设置的第一薄膜安放部(31)和第二薄膜安放部(32)，其中，所述中空腔体(20)内部容纳有惰性气体，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)与所述惰性气体接触的表面附着碳纳米材料薄膜(41、42)。在本专利技术的碳纳米材料薄膜饱和吸收体中，所述饱和吸收体还包括与所述中空腔体(20)相连通的第一通气管(51)和第二通气管(52)，所述第一通气管(51)和第二通气管(52)的管壁与所述盒状体(10)的外壁密封连接，所述第一通气管(51)和第二通气管(52)分别与惰性气体源和惰性气体收集器相连通，惰性气体在所述盒状体(10)中流动。在本专利技术的碳纳米材料薄膜饱和吸收体中，所述第一薄膜安放部(31)和第二薄膜安放部(32)与所述惰性气体接触的表面在附着碳纳米材料薄膜(41、42)前，用氧气等离子体做表面处理。在本专利技术的碳纳米材料薄膜饱和吸收体中，所述碳纳米材料薄膜使用如下碳纳米材料中的一种制得:碳量子点、石墨烯量子点、碳纳米管、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨稀。在本专利技术的碳纳米材料薄膜饱和吸收体中，所述透明材料是如下材料中的一种:石英、玻璃、蓝宝石、碳化硅晶体、氮化镓晶体。在本专利技术的碳纳米材料薄膜饱和吸收体中，所述惰性气体为氩气、氮气、氦气、氙气中的一种。在本专利技术的碳纳米材料薄膜饱和吸收体中，所述碳纳米材料薄膜(41、42)附着在所述第一薄膜安放部(31)和所述第二薄膜安放部(32)与所述惰性气体接触的表面，使用如下方式中的一种:旋转涂覆法、浸溃提拉涂膜法、湿法转移法。在本专利技术的碳纳米材料薄膜饱和吸收体中，所述旋转涂覆法包括如下步骤:SlOl、将碳纳米材料超声分散于溶剂中，形成浓度为lmg/ml?10mg/ml的均勻悬浮液；S102、使用旋转涂覆仪,在2000rpm?4000rpm转速下旋转涂覆成膜；S103、烘干。在本专利技术的碳纳米材料薄膜饱和吸收体中，所述浸溃提拉涂膜法包括如下步骤:S201、将碳纳米材料超声分散于溶剂中，形成浓度为lmg/ml?10mg/ml的均勻悬浮液；S202、使用浸溃提拉涂膜机，在温度为10?30°C、相对湿度为30%?60%下，用1nm/s?200nm/s的速度提拉成膜；S203、烘干。在本专利技术的碳纳米材料薄膜饱和吸收体中，步骤“将碳纳米材料超声分散于溶剂中”中，所述碳纳米材料为碳量子点、石墨烯量子点、碳纳米管、氧化石墨烯或者还原氧化石墨烯，用于超声分散所述碳纳米材料的溶剂为水、乙醇、甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、异丙醇、乙二醇、丙酮、苯、甲苯、氯仿、乙醚中的至少一种。在本专利技术的碳纳米材料薄膜饱和吸收体中，所述“将碳纳米材料超声分散于溶剂中”步骤中，超声分散功率为200?800瓦，超声分散时间为0.5?5小时。在本专利技术的碳纳米材料薄膜饱和吸收体中，所述“烘干”步骤中，烘干温度为60?150。。。在本专利技术的碳纳米材料薄膜饱和吸收体中，所述湿法转移法包括如下步骤:S301、将沉积有石墨烯的铜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)的大小；S302、在所述石墨烯上使用旋转涂覆法涂覆一层聚甲基丙烯酸甲酯，烘干；S303、使用浓度为0.lmol/L?2mol/L的FeCl3溶液中，腐蚀掉铜箔，得到石墨烯/PMMA薄膜；S304、将所述石墨烯/PMMA薄膜使用去离子水漂洗至少一次；S305、将漂洗后的石墨烯/PMMA薄膜迁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；S306、溶解PMMA，漂洗，干燥。本专利技术还提供一种碳纳米材料薄膜饱和吸收体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤:S1、处理基材:以片状的透明材料作为基材，对所述基材用氧气等离子体做表面处理，得到亲水性基材；S2、薄膜制备:在所述亲水性基材的一表面附着碳纳米材料薄膜，得到覆膜基材；S3、饱和吸收体制备:将两块所述覆膜基材相对设置于具有内部中空腔体的盒状体上，向所述中空腔体内充入惰性气体，碳纳米材料薄膜与所述惰性气体接触，得到所述饱和吸收体。在本专利技术的碳纳米材料薄膜饱和吸收体的制备方法中,所述步骤S3后还包括:S4、连接通气管:在所述盒状体上开设第一通气孔和第二通气孔，所述第一通气孔与第一通气管相适配，所述第二通气孔与第二通气管相适配，所述第一通气管和第二通气管的管壁与所述盒状体的外壁密封连接，所述第一通气管和第二通气管分别与惰性气体源和惰性气体收集器相连通，惰性气体在所述盒状体中流动。在本专利技术的碳纳米材料薄膜饱和吸收体的制备方法中，所述碳纳米材料薄膜附着在所述第一薄膜安放部和所述第二薄膜安放部与所述惰性气体接触的表面，使用如下方式中的一种:旋转涂覆法、浸溃提拉涂膜法、湿法转移法。在本专利技术的碳纳米材料薄膜饱和吸收体的制备方法中，所述旋转涂覆法包括如下步骤:SlOl、将碳纳米材料超声分散于溶剂中，形成浓度为lmg/ml?10mg/ml的均勻悬浮液；S102、使用旋转涂覆仪,在2000rpm?4000rpm转速下旋转涂覆成膜；S103、烘干。在本专利技术的碳纳米材料薄膜饱和吸收体的制备方法中，所述浸溃提拉涂膜法包括如下步骤:S201、将碳纳米材料超声分散于溶剂中，形成浓度为lmg/ml?10mg/ml的均勻悬浮液；S202、使用浸溃提拉涂膜机，在温度为10?30°C、相对湿度为30%?60%下，用I Onm/s?200nm/s的速度提拉成膜；S203、烘干。在本专利技术的碳纳米材料薄膜饱和吸收体的制备方法中，步骤“将碳纳米材料超声分散于溶剂中”中，所述碳纳米材料为碳量子点、石墨烯量子点、碳纳米管、氧化石墨烯或者还原氧化石墨烯，用于超声分散所述碳纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米材料薄膜饱和吸收体，其特征在于，所述饱和吸收体包括具有内部中空腔体(20)的盒状体(10)、设置于所述盒状体(10)上并相对设置的第一薄膜安放部(31)和第二薄膜安放部(32)，其中，所述中空腔体(20)内部容纳有惰性气体，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)与所述惰性气体接触的表面附着碳纳米材料薄膜(41、42)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾远康，邓俊贤，陶丽丽，龙慧，鲍智勇，
申请(专利权)人：香港理工大学，
类型：发明
国别省市：中国香港;81