【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及具有高光学非线性的纳米晶体复合玻璃的，具体是一种高光限幅性能钙钛矿纳米晶体硫系玻璃及其制备方法。
技术介绍
1、金属卤化物钙钛矿(以下简称钙钛矿)卓越的线性光学特性使其在过去十年中获得了广泛的关注，并已被成功应用在太阳能电池、发光二极管和光电探测器上。近年来，随着对钙钛矿研究的深入，该材料优异的非线性光学特性(包括高非线性折射、大多光子吸收截面、强饱和吸收等)也同样受到了科研人员的广泛关注，各种基于钙钛矿的高性能非线性光子器件层出不穷。然而，钙钛矿并不稳定，特别是当其暴露在高功率密度的激光这一产生非线性光学效应所必需的条件下时，固有的不稳定性将对钙钛矿在非线性光子学当中的实际应用带来巨大的挑战。
2、解决钙钛矿不稳定性的一个有效方案是将其封装在稳定且透明的光学玻璃中，给予钙钛矿对光、热、潮气以及机械冲击的抗性。在众多的光学玻璃中，硫系玻璃是具有透红外以及高非线性光学特性的新型玻璃体系，它们被认为是新一代的高性能红外以及非线性光子学器件的平台。此外，硫系玻璃与作为金属卤化物的钙钛矿具有非常优良的兼容性，因此二者的结合——钙钛矿纳米晶复合硫系玻璃能够结合两种材料各自的非线性光学特性，进而获得的更加优异的非线性光学性能。最近，申请人首次发现了钙钛矿纳米晶复合硫系玻璃具有的超强非线性吸收特性，是一种非常优良的光限幅材料，可用于保护人眼和光学传感设备免受激光损伤。为此，针对目前钙钛矿纳米晶复合硫系玻璃的基质玻璃中含锑(重金属有毒元素)以及钙钛矿含中铅(重金属有毒元素)的问题，本专利技术改进了该复合材料中基质玻璃以
技术实现思路
1、针对目前已有报道的钙钛矿纳米晶复合硫系玻璃普遍含有毒重金属元素，且组分未针对其非线性吸收特性进行优化的情况下，本专利技术提供一种无毒环保且具有高光限幅性能钙钛矿纳米晶体硫系玻璃及其制备方法，该纳米晶体硫系玻璃不含有毒重金属元素铅、锑并且具有化学和热稳定性好、透过率高、机械强度高、非线性吸收强、光限幅性能优异且便于机械加工等优点，其红外光学透过率在60～80％之间，维氏硬度最高可达到279kg/mm2，非线性吸收系数最大值为23.91cm/gw，光限幅阈值最低可达45.2μj/cm2，是制备高性能光限幅器件的优良选材。
2、本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高光限幅性能钙钛矿纳米晶体硫系玻璃，该纳米晶体硫系玻璃为镶嵌有cssnbr3钙钛矿纳米晶体的ges1.5硫系玻璃复合材料，所述的复合材料的前驱体玻璃的摩尔组成为95ges1.5-5(csbr-snbr2)，所述的复合材料中含有晶粒尺寸为10～80nm的cssnbr3钙钛矿纳米晶体，所述的复合材料由所述的前驱体玻璃经温度为285～295℃、时长为5～20h的微晶化处理后获得。
3、在其中一种优选方案中，所述的微晶化处理的温度为290℃。在经过该温度的微晶化处理后的复合材料中所含的钙钛矿纳米晶体的平均尺寸约为40nm。经测试，该纳米晶体硫系玻璃的非线性吸收系数最大值为23.91cm/gw，是基质硫系玻璃ges1.5非线性吸收系数的2倍，其最小的光限幅阈值为45.2μj/cm2，表明出非常优异的非线性吸收特性，适合用于光限幅器件的制造。
4、一种高光限幅性能钙钛矿纳米晶体硫系玻璃的制备方法，包括以下步骤：
5、s1、原料配制和真空封装
6、根据前驱体玻璃的摩尔组成：95ges1.5-5(csbr-snbr2)，先计算各原料所需用量，对高纯度的锗、硫、溴化铯、溴化亚锡原料使用电子天平进行称量操作，并将误差控制在±0.001g以内，然后将所有原料装入干燥洁净的石英管中，将石英管抽真空至10-4pa以下，把原料封装在石英管中；
7、s2、原料熔融混合
8、将封装有原料的石英管放入摇摆炉中进行高温熔融，熔制温度为900℃，熔制时间为12h，熔制结束后将石英管从摇摆炉中取出，然后迅速浸入常温下的水中对封装的熔融物进行淬冷，待观察脱壁后立刻取出，在石英管内得到半成品的前驱体玻璃；
9、s3、退火除应力
10、将半成品的前驱体玻璃连同石英管一起进行退火，退火温度为255～265℃，退火时间为10～14h，退火结束后以9～10℃/h的降温速率降温至室温，然后从退火炉中取出石英管，打开石英管，得到前驱体玻璃成品；
11、s4、微晶化处理
12、将前驱体玻璃在285～295℃的温度下进行微晶化处理5～20h，即得到高光限幅性能钙钛矿纳米晶体硫系玻璃，其含有尺寸在10～80nm范围内的cssnbr3纳米晶体。
13、在一种优选方案中，步骤s4中，所述的微晶化处理的温度为290℃。
14、与现有技术相比，本专利技术钙钛矿纳米晶体硫系玻璃具有如下优点：
15、1.不含铅、锑这两种有毒重金属元素，具备环境友好的特性；
16、2.复合材料中的cssnbr3钙钛矿纳米晶体的尺寸和数量可以根据热处理时间和温度灵活可调，进而能够实现对相应性能参数的调控；
17、3.化学和热稳定性好、透过率高、机械强度高、非线性吸收强、光限幅性能优异且便于机械加工，具有高机械强度、高透明度和高非线性吸收系数，经测试发现本专利技术所得的纳米晶体复合硫系玻璃材料的维氏硬度最高可达279kg/mm2、光透过率可达60～80％、非线性吸收系数的最大值为23.91cm/gw；
18、4.具有超高的光限幅性能，经测试发现本专利技术所得的复合材料的光限幅阈值最低可达45.2μj/cm2，是制备高性能光限幅器件的优良选材。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种高光限幅性能钙钛矿纳米晶体硫系玻璃，其特征在于，该纳米晶体硫系玻璃为镶嵌有CsSnBr3钙钛矿纳米晶体的GeS1.5硫系玻璃复合材料，所述的复合材料的前驱体玻璃的摩尔组成为95GeS1.5-5(CsBr-SnBr2)，所述的复合材料中含有晶粒尺寸为10～80nm的CsSnBr3钙钛矿纳米晶体，所述的复合材料由所述的前驱体玻璃经温度为285～295℃、时长为5～20h的微晶化处理后获得。
2.根据权利要求1所述的高光限幅性能钙钛矿纳米晶体硫系玻璃，其特征在于，所述的微晶化处理的温度为290℃。
3.根据权利要求1所述的高光限幅性能钙钛矿纳米晶体硫系玻璃，其特征在于，该纳米晶体硫系玻璃的最小光限幅阈值为45.2μJ/cm2。
4.权利要求1所述的高光限幅性能钙钛矿纳米晶体硫系玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的高光限幅性能钙钛矿纳米晶体硫系玻璃的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述的微晶化处理的温度为290℃。
【技术特征摘要】
1.一种高光限幅性能钙钛矿纳米晶体硫系玻璃，其特征在于，该纳米晶体硫系玻璃为镶嵌有cssnbr3钙钛矿纳米晶体的ges1.5硫系玻璃复合材料，所述的复合材料的前驱体玻璃的摩尔组成为95ges1.5-5(csbr-snbr2)，所述的复合材料中含有晶粒尺寸为10～80nm的cssnbr3钙钛矿纳米晶体，所述的复合材料由所述的前驱体玻璃经温度为285～295℃、时长为5～20h的微晶化处理后获得。
2.根据权利要求1所述的高光限幅性能钙钛矿纳...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈飞飞，贾承涛，方天吉，罗琪，林常规，戴世勋，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。