一种非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜及其制备方法。所述非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜，用于激光防护等非线性光学元器件表面，贵金属/二氧化硅纳米团簇膜为以SiO

A nonlinear optical noble metal / silica nanocluster film and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜及其制备方法
本专利技术属于表面工程领域，涉及一种在具有较高的透光率的前提下，具有较高的非线性光学系数的贵金属/二氧化硅纳米团簇膜及其制备方法，贵金属/二氧化硅纳米团簇膜可用于光学器件表面。
技术介绍
以金、银、铂等贵金属为代表的纳米粒子具有三阶非线性光学特性，其具体表现为强烈的光吸收现象，可用于激光防护等非线性光学元器件表面。物理气相沉积，能够在光学材料表面制备出均匀、连续的薄膜，但是金属表面的透光性弱，不适宜做光学材料。相较于连续、致密的金属膜，金属纳米颗粒的量子尺寸效应所引起的能带、能级结构变化，具有许多独特的光学和电学特性。纳米金属颗粒之间具有自合金化效应，在热能作用下溅射出来的金属原子可以在SiO2表面进行迁移，形成小的团簇。使用金属与SiO2共溅射在SiO2衬底上可以有效的将这种金属团簇以较高浓度嵌入玻璃衬底中。例如中国专利技术专利CN1100269C公开了‘一种快速光电响应材料金属/绝缘体嵌埋团簇膜及制造方法’，利用磁控溅射产生金属团簇和蒸发介质的方法，将产生的纳米Cu团簇嵌埋在绝缘介质CaF2中，形成金属/绝缘体嵌埋团簇膜，但是该技术方案用蒸发的方式得到的CaF2介质与衬底结合力较差，同时制备工艺复杂，需要对溅射设备进行特殊改装，此外，单层团簇膜的团簇颗粒分布均匀性较差。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术的一个目的是提供一种非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜，在具有较高的透光率的前提下具有优异的非线性光学性能和光限幅效应，可用于激光防护等非线性光学元器件表面。本专利技术的另一个目的是提供一种非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜，用于激光防护等非线性光学元器件表面，所述贵金属/二氧化硅纳米团簇膜为以SiO2为衬底的n层贵金属/二氧化硅薄膜，4≤n≤50，利用磁控共溅射的方式将贵金属嵌入SiO2衬底，并以衬底加热的方式使其形成贵金属团簇；所述贵金属在薄膜中的原子浓度为5％～40％，其余为SiO2。所述贵金属为金、银、钌、铑、钯、锇、铱、铂元素中的一种。所述贵金属团簇的粒径为3nm～20nm。所述贵金属团簇的粒径为3nm～10nm。所述贵金属/二氧化硅纳米团簇膜的厚度为100nm～1000nm。所述贵金属在薄膜中的原子浓度为10％～40％。所述贵金属在薄膜中的原子浓度为20％～40％。所述贵金属/二氧化硅纳米团簇膜的透光率≥50％。所述贵金属/二氧化硅纳米团簇膜的透光率≥70％。一种非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜的制备方法，包括如下步骤：(1)对SiO2衬底进行清洁，使其表面无杂质；(2)将SiO2衬底放入磁控溅射镀膜设备中，抽真空至真空度为5×l0-7Torr，然后将SiO2衬底加热至400-800℃；(3)向磁控溅射镀膜设备中充入惰性气体，使其真空度达到3mTorr；然后对贵金属靶和SiO2靶进行多次交替溅射，在SiO2衬底上嵌入n层贵金属/二氧化硅薄膜，最终形成非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜。所述步骤(1)中，将SiO2衬底分别放入丙酮溶液、去离子水和酒精溶液中进行超声清洗，清洗后置于80℃下进行脱水处理并干燥。所述步骤(3)中，贵金属靶的功率密度为20W/π(38cm)2～50W/π(38cm)2；SiO2靶的功率密度为80W/π(38cm)2～400W/π(38cm)2。所述步骤(3)中，贵金属靶的纯度为高于99.9％，SiO2靶的纯度为高于99.99％，惰性气体的纯度高于99.99％。所述贵金属在薄膜中的原子浓度通过两种靶材的溅射时间和溅射功率密度控制。所述步骤(3)中，贵金属靶和SiO2靶交替溅射次数为4～50次。所述贵金属/二氧化硅纳米团簇膜中的贵金属团簇的粒径通过调节衬底温度控制。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术的非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜，在具有较高的透光率的前提下具有优异的非线性光学性能和光限幅效应，可用于激光防护等非线性光学元器件表面。附图说明图1为本专利技术的一个实施例的具有n层贵金属/二氧化硅薄膜的非线性光学纳米团簇膜的示意图；图2为本专利技术实施例1的贵金属/二氧化硅纳米团簇膜的室温下红外线吸收光谱趋势图；图3为本专利技术实施例2的贵金属/二氧化硅纳米团簇膜的室温下红外线吸收光谱趋势图；图4为本专利技术实施例3的贵金属/二氧化硅纳米团簇膜的室温下红外线吸收光谱趋势图。其中附图标记为：1-Au团簇粒子，2-n层Au/SiO2薄膜，3-SiO2衬底，3-4≤n≤50。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步说明。一种非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜，用于激光防护等非线性光学元器件表面，该贵金属/二氧化硅纳米团簇膜为以SiO2为衬底的n(4≤n≤50)层贵金属/二氧化硅薄膜，利用磁控共溅射的方式将贵金属嵌入SiO2衬底，并以衬底加热的方式使其形成贵金属团簇；所述贵金属在薄膜中的原子浓度为5％～40％。所述贵金属为金、银、钌、铑、钯、锇、铱、铂元素中的一种。优选地，贵金属在薄膜中的原子浓度为10％～40％；特优选地，贵金属在薄膜中的原子浓度为20％～40％。所述贵金属团簇的粒径为3nm～20nm。优选地，贵金属团簇的粒径为3～10nm。所述贵金属/二氧化硅纳米团簇膜的厚度为100nm～1000nm。所述贵金属/二氧化硅纳米团簇膜的透光率≥50％。优选地，贵金属/二氧化硅纳米团簇膜的透光率≥70％。一种非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜的制备方法，包括如下步骤：(1)对SiO2衬底进行清洁，使其表面无杂质；(2)将SiO2衬底放入磁控溅射镀膜设备中，抽真空至真空度为5×l0-7Torr，然后将SiO2衬底加热至400-800℃；(3)向磁控溅射镀膜设备中充入惰性气体，使其真空度达到3mTorr；然后对贵金属靶和SiO2靶进行多次交替溅射，在SiO2衬底上嵌入n层贵金属/二氧化硅薄膜，最终形成非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜。所述步骤(1)中，将SiO2衬底分别放入丙酮溶液、去离子水和酒精溶液中进行超声清洗，清洗后置于80℃下进行脱水处理并干燥。所述步骤(3)中，贵金属靶的功率密度为20W/π(38cm)2～50W/π(38cm)2；SiO2靶的功率密度为80W/π(38cm)2～400W/π(38cm)2。所述步骤(3)中，贵金属靶的纯度为高于99.9％，SiO2靶的纯度为高于99.99％，惰性气体的纯度高于99.99％。所述贵金属在薄膜中的原子浓度通过两种靶材的溅射时间和溅射功率密度控制；贵金属在薄膜中的原子浓度为5％～40％。优选地，贵金属在薄膜中的原本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜，用于激光防护等非线性光学元器件表面，其特征在于：/n所述贵金属/二氧化硅纳米团簇膜为以SiO

【技术特征摘要】
1.一种非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜，用于激光防护等非线性光学元器件表面，其特征在于：
所述贵金属/二氧化硅纳米团簇膜为以SiO2为衬底的n层贵金属/二氧化硅薄膜，4≤n≤50，利用磁控共溅射的方式将贵金属嵌入SiO2衬底，并以衬底加热的方式使其形成贵金属团簇；所述贵金属在薄膜中的原子浓度为5％～40％，其余为SiO2。


2.根据权利要求1所述的非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜，其特征在于：所述贵金属为金、银、钌、铑、钯、锇、铱、铂元素中的一种。


3.根据权利要求1所述的非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜，其特征在于：所述贵金属团簇的粒径为3nm～20nm。


4.根据权利要求3所述的非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜，其特征在于：所述贵金属团簇的粒径为3nm～10nm。


5.根据权利要求1所述的非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜，其特征在于：所述贵金属/二氧化硅纳米团簇膜的厚度为100nm～1000nm。


6.根据权利要求1所述的非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜，其特征在于：所述贵金属在薄膜中的原子浓度为10％～40％。


7.根据权利要求6所述的非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜，其特征在于：所述贵金属在薄膜中的原子浓度为20％～40％。


8.根据权利要求1-7任一项所述的非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜，其特征在于：所述贵金属/二氧化硅纳米团簇膜的透光率≥50％。


9.根据权利要求8所述的非线性光学贵金属/二氧化硅纳米团簇膜，其特征在于：所述贵金属/二氧化硅纳米团簇膜的透光率≥70％。


10.一种如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晨阳，郭世海，祁焱，何俊，徐立红，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11