[发明专利]一种调控MXenes薄膜非线性光学性能的方法

说明书

本发明涉及一种调控MXenes薄膜非线性吸收性能的方法，该方法为：取少层MXenes薄膜，采用电场调控方法对其进行表面端基控制，即实现MXenes薄膜非线性光学性能的调控。与现有技术相比，本发明通过电场调控材料表面端基氧化程度来控制材料激发态能级以及费米能级附近自由电子的态密度，使得材料的能带结构的变化具有高度可控性和可逆性。在不同的激发波长下，MXenes薄膜的非线性吸收性能随表面端基的变化具有多样性，变化高效且可逆。515nm时，表面端基‑O基团的增加使得MXenes薄膜具有更大的饱和吸收特性；800nm时，表面端基‑OH基团的增加导致材料具有更大的反饱和吸收特性。本发明利用表面端基控制二维材料非线性光学性能，为二维非线性光学材料的发展提供新的思路。

技术领域

本发明属于非线性光学技术领域，涉及一种调控MXenes薄膜非线性光学性能的方法。

背景技术

非线性光学材料因其在激光器系统，光学限制，光电探测器，光学通信，数据存储，图像传输等领域的潜在应用而备受关注。过渡金属碳化物材料(MXenes)是一种新型二维材料，由于其优异的导电性，MXenes材料在透明导体、储能、光热转换、电磁干扰等领域具有广泛应用。但是，目前MXenes材料存在非线性光学性能不一致的问题，因此，需要对其进行研究。

同时，目前为止，对于多数二维三阶非线性光学材料，例如石墨烯，黑磷，过渡金属硫化物，MXenes，二维钙钛矿等材料等。由于非线性光学性能与二维材料的结构具有极大的相关性，材料结构对制备条件极其敏感，因此很难控制合成预期性能的材料。材料的不稳定的非线性光学性能显着限制了它们的实际应用，因此非常需要开发性能稳定的非线性光学材料的有效策略，探索一种适用广泛的非线性光学性能的调控手段。到目前为止，调控非线性光学材料响应的方法包括：(1)控制材料的平均尺寸或层数；(2)构建异质结构或纳米杂化物控制电荷离域转移；(3)原子掺杂。不同的方法工艺不同，有的实验操作复杂，有的可控性不高无法实现有效响应，有的对性能影响效果不明显，因此不利于非线性光学性能的调控。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种调控MXenes薄膜非线性光学性能的方法，以克服当前MXenes薄膜非线性吸收性能不稳定、实验操作复杂等技术问题。表面端基广泛存在于二维材料中，对其光电性能具有重大作用，控制表面端基以控制材料非线性光学性能，是一种适用广泛的非线性光学材料的调制手段。本发明通过电场调控可控可逆地控制材料表面端基，使得材料中能带结构以及载流子分布发生变化，控制MXenes薄膜的非线性光学性能，进而获得非线性吸收性能稳定的MXenes薄膜非线性光学材料。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种调控MXenes薄膜非线性光学性能的方法，取负载MXenes薄膜的导电基底为工作电极，构建三电极体系，外加电压并进行电场调控，即实现对MXenes薄膜非线性光学性能的调控。

进一步的，三电极体系中所用电解液为1mol/L的硫酸溶液。

进一步的，三电极体系中，对电极为铂电极，参比电极为银电极。

进一步的，外加电压的时间为20～40s。

进一步的，电压变化范围为-0.8V～0.2V(相对于银电极)，可选为-0.4V或-0.7V(相对于银电极)。

进一步的，所述的导电基底为石英玻璃。

进一步的，所述负载MXenes薄膜的导电基底的制备过程包括以下步骤：

(1)取氟化锂溶解在盐酸溶液中，加入Ti₃AlC₂，离心并去除上层酸性溶液，直至溶液pH至为7，接着继续离心并保留上层溶液，即得到分散有MXenes纳米片的胶体溶液；

(2)取导电基底置于胶体溶液中，采用提拉法制得MXenes薄膜，然后干燥、退火，即得到负载MXenes薄膜的导电基底。