CuInS2黄铜矿型纳米晶掺杂三阶非线性光学玻璃的研究

用溶胶-凝胶方法制备含有CuInS2纳米晶的钠硼硅玻璃体材料，研究不同组成的CuInS2先驱体、掺杂浓度及制备工艺等因素对含CuInS2纳米晶玻璃微结构的影响；研究干凝胶微观孔结构的分布、孔径尺寸大小、孔中不饱和键的特性、硅氧网络结构特性、桥氧和非桥氧等因素对CuInS2纳米晶结构形貌、尺寸大小、分散程度及反应形成机理的影响，揭示溶胶-凝胶制备工艺与组成、纳米晶结构与光学和非线性光学特性的关系；研究液相和固相界面对CuInS2纳米晶非线性光学效应的影响，建立量子点玻璃三阶非线性光学效应的机理模型。探讨以这种玻璃为基础的材料制成光波导、饱和吸收器的可能性，为CuInS2量子点玻璃在非线性光学器件、太阳能电池材料等领域的应用奠定基础，为探索I-III-VI族其它新型半导体化合物量子点玻璃[(Cu,Ag）(In,Ga)(Se,S)2]奠定基础。

本项目采用溶胶-凝胶法成功地制备了含有纳米晶CuInS2、In2S3和CuxS掺杂的钠硼硅玻璃。利用X射线粉末衍射仪(XRD)，X射线光电子能谱(XPS)，透射电子显微镜(TEM)，X射线能量色散谱(EDX)，高分辨透射电子显微镜(HRTEM)以及选区电子衍射(SAED)对量子点玻璃的物相、组成、形貌等微结构进行了表征；利用飞秒Z-scan技术详细地研究了CuInS2、In2S3和CuxS量子点玻璃在800nm处的三阶非线性光学性质；详细研究了纳米晶在玻璃中的形成机理，探讨了三阶非线性光学效应产生的起因；给出了CuInS2、In2S3和CuxS纳米晶的三阶非线性极化率(χ(3))分别为：1.4×10-9esu, 1.16×10-12esu和6.89×10-10esu。此外，我们对溶液中CuInS2纳米晶三阶非线性光学特性也进行了研究，其χ(3))大小为8.60×10-12esu。相关研究成果已申请发明专利2项，发表学术论文16篇，培养博士研究生2人，硕士研究生4人。