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聚噻吩等共轭聚合物(conjugated polymer,CP)的三阶非线性光学(non-linear optics,NLO)性能受到广泛地关注,这是由于CP具有超快的响应时间、高的光损伤阈值、较大的非线性极化率和低的介电常数以及易加工等优点。最近兴起的碳族材料石墨烯具有量子霍尔效应,室温下载流子容易迁移,比表面积较大,光学透明性良好以及热电导率优异等,在光电领域得到广泛的研究并在高速光通信、光开关、光限幅等领域具有潜在的应用价值。纳米半导体材料在光电领域也应用广泛。为综合上述材料的优点,本论文合成了系列聚(3-己基噻吩)(P3HT)基高分子纳米复合材料,研究了材料的NLO性能。(1)以改进的Hummer法制备了氧化石墨烯(GO),分别以热碱液和水合肼还原法制备了不同的还原氧化石墨烯(RGO)。研究表明,RGO的紫外吸收相对于GO出现红移现象;GO被还原的程度越高,其热稳定性越好;RGO具有与GO相似的非线性吸收特性,即在低入射能量下具有饱和吸收(SA)特性,在高能量下具有反饱和吸收(RAS)特性,且还原程度高的RGO具有更好的SA特性。(2)以3-噻吩甲酸对酰氯化的GO(GO-Cl)进行修饰,合成中间产物GO-3-噻吩甲酸(GOT),再以FeCl3为氧化剂原位制备了聚(3-己基噻吩)接枝GO(P3HT-g-GO)复合材料。GO增强了P3HT的热稳定性;P3HT-g-GO具有良好的光致电子迁移(PET)和NLO特性,其非线性吸收系数β为18cm/GW,相对于纯P3HT提高了80%。P3HT-g-GO/PMMA薄膜的β值为-91cm/GW,是P3HT/PMMA(-22cm/GW)的4.13倍。(3)原位制备了P3HT-g-GO/CdS纳米复合材料,其中CdS粒子的尺寸在5-10nm之间,分散性较好。CdS增强了复合材料的热稳定性,降低了P3HT-g-GO/CdS的氧化电位(由P3HT的0.75eV下降至P3HT-g-GO/CdS的0.68eV)。同时,该复合材料具有良好的NLO特性,THF溶液中的β值为32cm/GW,相对于P3HT-g-GO提高了78%;PMMA薄膜中的β值为-96cm/GW。(4)原位制备了P3HT-g-GO/PbS纳米复合材料,其中PbS粒子的尺寸约为10-20nm,分散性较好;P3HT-g-GO/PbS具有良好的电子/空穴分离效率,较大的氧化电位(0.78eV)和良好的NLO特性,其THF溶液的β值26cm/GW,相对于P3HT-g-GO(18cm/GW)提高了44%,而在PMMA薄膜中β值有所下降(-54cm/GW)。推测P3HT-g-GO/CdS和P3HT-g-GO/PbS两种PMMA薄膜中非线性吸收系数系数β值的不同的原因在于形成的薄膜中聚合物与纳米粒子及石墨烯之间的能级匹配有较大差异,能级匹配较好的,对非线性吸收性能更有利。因此,通过设计具有能级匹配和纳米粒子修饰的聚合物/石墨烯基纳米多元复合材料,提高材料的NLO性能,在光电领域具有潜在的应用价值。