金纳米晶复合新型块体玻璃的低温烧结制备及非线性光学性能研究

金纳米晶（量子点）在玻璃基体中具有三维受限的准零维结构，具有显著的量子尺寸效应、量子限制效应、量子隧道效应、非线性光学效应等特性，成为光子开关、光学存储器、光学运算元件、倍频器等候选材料之一，因此对金量子点材料制备方法、量子点尺寸大小、在玻璃基体中的分布情况、光电性能及其相关机制等方面进行研究具有重要的意义。.本项目提出了首先合成Nano-Au/SiO2复合粉体，然后采用放电等离子体烧结技术（SPS）制备块体量子点玻璃的新思路，从而避免了传统高温熔融急冷制备方法存在的量子点挥发、分解和分布无法控制等问题的发生，实现了纳米金量子点在玻璃基体分布的可控制备，预期获得具有优异非线性光学性能新型块体量子点玻璃材料。该研究工作不仅为制备块体量子点玻璃提供了新思路，而且对其他块体功能玻璃的制备同样具有重要的指导和借鉴意义。

本项目提出了首先合成Nano-Au/SiO2 复合粉体，然后采用放电等离子体烧结技术（SPS）制备块体量子点玻璃的新思路。在本项目执行期间，项目组成员先后采用化学方法合成了多种silica粉体，包括石英粉体、分子筛和介孔SBA-15粉体，系统研究了所合成粉体的烧结性能。通过大量的SPS烧结实验，研究了SPS烧结过程中粉体烧结变化过程及其机理，获得了高透明的块体玻璃材料，在可见光范围内所制备玻璃的透过率达到了90%以上。同时利用SPS烧结可以获得透明玻璃的特点，研究了SPS烧结过程中模具内温度分布，建立了SPS烧结制备透明silica玻璃的制备技术。在此制备获得高透明块体玻璃的基础上，分别将化学方法合成的含有Au、Ag、Pt纳米粒子的silica粉体和稀土离子掺杂的silica粉体进行SPS烧结，制备获得了含有Au、Ag、Pt纳米粒子和稀土离子掺杂的块体玻璃材料。所制备的含有贵金属纳米粒子的玻璃，由于表面等离子共振呈现了光谱吸收特性，其吸收带分别位于528nm（Au纳米粒子）和424nm（Ag纳米粒子），所制备的量子点玻璃透光度好并且呈现了不同颜色。透射电镜TEM测试分析表明，Au、Ag和Pt纳米粒子均匀分布于致密的玻璃基质中的，Au、Ag、Pt纳米粒子的平均粒径在10nm以下。我们利用常规的Z扫描方法研究了Au, Ag, Pt NPs掺杂玻璃在720nm和880nm波长处的三阶非线性性能。通过拟合计算，由此得到三阶非线性极化率的实部和虚部的数值分别为4.68*10-12 esu和2.24*10-14 esu。 SPS烧结制备了Er3+/Yb3+ 共掺杂的silica基质稀土玻璃，发光性能测试结果表明，所制备的silica基质稀土发光玻璃具有比较大上转换发光性能。该研究工作不仅为制备块体量子点玻璃提供了新思路，而且还制备了稀土离子掺杂的silica玻璃，所以本项目的研究结果对其他块体功能玻璃的制备同样具有重要的指导和借鉴意义。在本项目的资助下，已经在Ceramics Intermnational、Journal of Solid State Chemistry等期刊上发表研究论文4篇，投稿论文2篇。申请发明专利4项，其中获得授权专利1项。