[发明专利]调控普鲁士蓝薄膜非线性吸收性能的方法及普鲁士蓝薄膜

说明书

本发明涉及一种调控普鲁士蓝薄膜非线性吸收性能的方法及普鲁士蓝薄膜，通过对普鲁士蓝薄膜进行原位电化学氧化还原，实现普鲁士蓝薄膜非线性光学性能的调控。与现有技术相比，本发明通过调节外部电压来有效控制普鲁士蓝薄膜的混合价态，使得高自旋态数量与低自旋数量比例的调节具有高度可控性和可逆性。不同的自旋态数量比例导致不同的能级结构从而影响材料的光学性能，进而实现调控普鲁士蓝薄膜的非线性吸收性能。

技术领域

本发明属于非线性光学技术领域，涉及一种调控普鲁士蓝薄膜非线性吸收性能的方法及普鲁士蓝薄膜。

背景技术

非线性光学材料因其在光学开关、光学限制、逻辑器件、超快速光学通信、数据存储、光学计算、图像传输和锁模激光系统中的潜在应用而备受关注。除了开发表现出大的非线性性能敏感性的材料外，开发性能可调的非线性性能材料也很重要，因为通过外部调制(例如电调制)对光学非线性的动态控制具有一系列应用(光调制和光开关)。

同时，混合价过渡金属化合物已广泛应用于催化、超导、光响应、电致变色、电池电极等领域。这些材料的磁性与它们的电子状态密切相关，这与混合价的性质有直接联系。普鲁士蓝是一种典型的混合价半导体，已广泛应用于颜料和电致变色智能窗领域。此外，普鲁士蓝类似物作为下一代电池电极的活性材料具有广阔的前景，显示出改善的循环寿命和倍率性能。然而，现有技术中，关于普鲁士蓝的非线性性能的研究很少，并且尚未探索普鲁士蓝在不同价态下的非线性性能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种调控普鲁士蓝薄膜非线性吸收性能的方法及普鲁士蓝薄膜。本发明以通过具有高度可控性和可逆性的电化学氧化还原方法调节混合价比例来调控普鲁士蓝薄膜非线性光学性能。电化学调控纳米材料是一种新的调控方法，为构建通过电化学方法调制非线性材料提供了新的范例。同时，本发明的方法具有工艺流程简单，极易操作，可控可逆性高，具有普适性等优点，因此可作为一种适于调控纳米材料非线性性能的理想方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明第一方面提供一种调控普鲁士蓝薄膜非线性吸收性能的方法，通过对普鲁士蓝薄膜进行原位电化学氧化还原，实现普鲁士蓝薄膜非线性光学性能的调控。

优选地，该方法通过采用三电极体系，在含有电化学电荷补偿电解质的电解液中，通过对普鲁士蓝薄膜施加不同电化学外部电压，使得普鲁士蓝薄膜中的Fe元素(化学价态为二价和三价)发生可逆稳定的氧化或者还原反应，特别的，氧化反应指二价铁转变为三价铁，还原反应指三价铁转变为二价铁。从而调节普鲁士蓝薄膜三价铁与二价铁的转换实现不同的混合价比例。混合价比例的变化导致普鲁士蓝薄膜的能级结构发生变化，而非线性光学中的吸收与材料的能级结构密切相关。从而实现普鲁士蓝薄膜非线性光学性能的调控。

优选地，所述的电化学电荷补偿电解质为碱金属的盐，所述的碱金属包括Li、Na或K，所述的盐为硝酸盐、硫酸盐或氯化盐。即本发明中，电化学电荷补偿电解质可为一般碱金属(Li、Na、K)的盐溶液(硝酸盐、硫酸盐、氯化物)。

优选地，电解液中电化学电荷补偿电解质的浓度为0.01-1mol/L。进一步优选电解液中电化学电荷补偿电解质的浓度为0.1mol/L。

优选地，所述的电解液的pH为2-3。进一步优选所述的电解液的pH为2.5。

优选地，所述的含有电化学电荷补偿电解质的电解液为电化学电荷补偿电解质的水溶液。

优选地，三电极体系中，对电极为铂片，参比电极为Ag/AgCl电极。

优选地，所述的电化学外部电压相对于Ag/AgCl电极不小于-0.2V且不大于1.4V。

优选地，所述的普鲁士蓝薄膜通过电化学沉积法合成。

本发明第二方面提供一种采用所述的方法获得的非线性吸收性能可调的普鲁士蓝薄膜。