一种自支撑晶态二维高分子非线性薄膜材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种自支撑晶态二维高分子非线性薄膜材料以及制备和应用，利用单体自组装辅助的界面聚合反应，以互不相溶的水相和有机相构建界面，在催化剂的作用下，室温条件下两种单体在界面发生聚合反应，反应得到自支撑晶态二维高分子非线性薄膜材料。与现有技术相比，本发明专利技术的材料具有独立自支撑的二维薄膜结构，非常高的结晶性，规整的共价框架结构，超大的共轭平面，通过体系内电子之间的相互作用，吸收光谱表现为从可见区至近红外区的宽带吸收。收。收。

【技术实现步骤摘要】
一种自支撑晶态二维高分子非线性薄膜材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于二维高分子非线性薄膜材料
，涉及一种自支撑晶态二维高分子非线性薄膜材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]超快激光即脉冲宽度在飞秒级(10
‑
12
s)的激光，其在工业、通信、医学、自然科学等领域具有及其重要的应用，具有超快激光响应器件的构建引起了科学界的极大关注。然而已经报到的具有超快激光响应的器件大多是以分散液的形式通过滴涂、旋涂的方法制备的，由于制备条件的限制，器件表面的光滑度问题很难解决，并且具有超快激光响应的材料大多分散性较差，不能直接得到均一的分散液进行器件的制备。
[0003]为了满足工业化的应用，自支撑的薄膜由于其材料的均一性以及能够进行多种形式的转移而不影响其使用效果，从而受到大家的关注。其次，晶态的二维高分子不仅具有规整有序的框架结构，高度的共轭平面，能够加快电子的离域；而且其电子在二维空间的限域，使得二维高分子具有超快的光学响应，超强的激子效应以及快速的载流子迁移率。这些特性使得晶态的二维高分子材料在超快激光的激发下极易极化，表现出超高的非线性光学响应。所以迫切需要制备一种自支撑晶态二维高分子非线性薄膜材料，构建超快激光响应器件。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了提供一种自支撑晶态二维高分子非线性薄膜材料及其制备方法和应用。该材料具有二维的薄膜结构，非常高的结晶性，规整有序的共价框架结构，超大的共轭平面。该非线性薄膜材料的光学器件在超快激光的激发下，表现出良好的非线性光学吸收，具体表现为反饱和吸收。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]本专利技术的技术方案之一提供了一种自支撑晶态二维高分子非线性薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)称取单体5,10,15,20
‑
四(4
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氨基苯)卟啉，将其溶解在二氯甲烷中，加入氯化钠中，再加入醋酸，静置，分离出液体后，继续加入蒸馏水，得到水相；
[0008](2)往步骤(1)中所得水相中加入另一种单体噻吩并[3,2
‑
B]噻吩
‑
2,5
‑
二甲醛的乙酸乙酯溶液，接着加入醋酸，静置，得到粗产物，洗涤后，即得到目标产物。
[0009]进一步的，5,10,15,20
‑
四(4
‑
氨基苯)卟啉、二氯甲烷、氯化钠和醋酸的添加量之比为(0.01～0.1)mmol：(10
‑
50)mL：(10
‑
100)g：(1
‑
10)mL，醋酸的浓度为1
‑
5mol/L。
[0010]进一步的，步骤(1)中，静置时间为1
‑
8h。
[0011]进一步的，步骤(2)中，噻吩并[3,2
‑
B]噻吩
‑
2,5
‑
二甲醛的乙酸乙酯溶液中，噻吩并[3,2
‑
B]噻吩
‑
2,5
‑
二甲醛与乙酸乙酯的添加量之比为(0.02～0.2)mmol： (20
‑
80)ml。
[0012]进一步的，步骤(2)中，水相中的5,10,15,20
‑
四(4
‑
氨基苯)卟啉、噻吩并[3,2
‑
B] 噻吩
‑
2,5
‑
二甲醛和醋酸的添加量之比为(0.01～0.1)mmol：(0.02～0.2)mmol： (5
‑
20)mL。
[0013]进一步的，步骤(2)中，静置的时间为1
‑
8天。
[0014]进一步的，步骤(2)中，洗涤过程为：采用有机溶剂与蒸馏水反复清洗并过滤，直至滤液呈无色；所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、二氯甲烷、二甲亚砜、N,N
‑ꢀ
二甲基甲酰胺、四氢呋喃、石油醚或N
‑
甲基吡咯烷酮中的一种或几种。
[0015]本专利技术的技术方案之二提供了一种自支撑晶态二维高分子非线性薄膜材料，其采用如上所述的制备方法制备得到，该非线性薄膜材料具有高度有序的共价框架结构。
[0016]本专利技术的技术方案之三提供了一种自支撑晶态二维高分子非线性薄膜材料的应用，该非线性薄膜材料用于超快激光响应器件的构建。
[0017]进一步的，所述超快激光响应器件所适用的超快激光波段为400～2500nm。
[0018]进一步的，非线性薄膜材料构建超快激光响应器件的过程具体为：将制备得到的自支撑晶态二维高分子非线性薄膜材料转移至各种基底，其中基底包括石英玻璃，硅片，载玻片，盖玻片，光纤，聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0020]一、本专利技术中制备的自支撑晶态二维高分子非线性薄膜材料与传统的光学敏感材料比，具有非常高的结晶性，规整有序的共价框架结构，超大的共轭平面，有利于电子的离域，从而具有非常宽的光学吸收带，有利于超快激光响应。
[0021]二、本专利技术中构建的超快光学器件克服了传统方法制备的器件表面不均匀、性能差的缺点，在超快激光下，具有超高的非线性光学响应。并且对环境和温度稳定，能够在长时间及各种温度下使用，能够满足实际应用的要求。
[0022]三、本专利技术中首次运用单体自组装辅助的界面聚合反应进行自支撑晶态二维高分子非线性薄膜材料的制备，由于单体自组装提供了非常好的限域作用，不仅提高了材料的结晶性，而且促进自支撑薄膜的生成，能够得到高产率高质量的非线性薄膜材料。
[0023]四、本专利技术中首次使用该自支撑晶态二维高分子非线性薄膜材料构建超快激光响应器件，并且良好的非线性光学特性，能够用于超快激光响应的实际应用。
附图说明
[0024]图1是本专利技术制备的自支撑晶态二维高分子非线性薄膜材料的扫描电子显微镜(SEM)照片；
[0025]图2是本专利技术制备的自支撑晶态二维高分子非线性薄膜材料的透射电子显微镜(TEM)照片；
[0026]图3是本专利技术制备的自支撑晶态二维高分子非线性薄膜材料的吸收光谱图；
[0027]图4是本专利技术制备的自支撑晶态二维高分子非线性薄膜材料的超快激光响应器件的性能图；
[0028]图5是本专利技术制备的对比例材料的扫描电子显微镜(SEM)照片；
[0029]图6是本专利技术制备的对比例材料的扫描电子显微镜(SEM)照片。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0031]以下各实施例中，如无特别说明的原料或处理技术，则表明其均为本领域的常规市售产品或常本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自支撑晶态二维高分子非线性薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)称取单体5,10,15,20
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四(4
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氨基苯)卟啉，将其溶解在二氯甲烷中，加入氯化钠中，再加入醋酸，静置，分离出液体后，继续加入蒸馏水，得到水相；(2)往步骤(1)中所得水相中加入另一种单体噻吩并[3,2
‑
B]噻吩
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2,5
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二甲醛的乙酸乙酯溶液，接着加入醋酸，静置，得到粗产物，洗涤后，即得到目标产物。2.根据权利要求1所述的一种自支撑晶态二维高分子非线性薄膜材料的制备方法，其特征在于，5,10,15,20
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四(4
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氨基苯)卟啉、二氯甲烷、氯化钠和醋酸的添加量之比为(0.01～0.1)mmol：(10
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50)mL：(10
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100)g：(1
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10)mL，醋酸的浓度为1
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5mol/L。3.根据权利要求1所述的一种自支撑晶态二维高分子非线性薄膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，静置时间为1
‑
8h。4.根据权利要求1所述的一种自支撑晶态二维高分子非线性薄膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，噻吩并[3,2
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B]噻吩
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2,5
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二甲醛的乙酸乙酯溶液中，噻吩并[3,2
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B]噻吩
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2,5
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二甲醛与乙酸乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：张弛，刘芳，伏露露，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：