本發(fā)明涉及聚吡咯功能化的氧化石墨烯納米復(fù)合光限制材料的制備及其非線性光學(xué)吸收性能，屬于納米復(fù)合材料和軍工強(qiáng)激光防護(hù)材料研究領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

自從20世紀(jì)60年代激光被發(fā)明以來，它對我們的日常生活產(chǎn)生了重大影響，像鐳射電影、激光筆、條形碼閱讀器、光盤播放器等都與激光息息相關(guān)。然而，激光由于其高能量、高功率等自身特點而被更多的應(yīng)用于軍事領(lǐng)域中，例如激光靶、測距儀等，用來摧毀敵方的武器系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)等軍事目標(biāo)。但2004年發(fā)生在美國華盛頓、梅德福和休斯頓的三起激光事故讓人們意識到保護(hù)人眼和傳感器免遭強(qiáng)激光損害已經(jīng)不僅僅局限在軍事領(lǐng)域，而已經(jīng)是一個社會問題了。為此，研究者們開發(fā)了許多方法用于激光防護(hù)，例如過濾器、可調(diào)過濾器、機(jī)械快門、光學(xué)開關(guān)、光限幅器等。在這之中，基于光限幅原理的光限幅器被認(rèn)為是最有實際應(yīng)用價值的激光防護(hù)方法。

氧化石墨烯具有特殊的電子結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)，明顯有別與石墨烯材料，其已在光學(xué)、光化學(xué)、電學(xué)等研究領(lǐng)域展示出了一些潛在的應(yīng)用價值。采用新的研究手段和研究方法，對于深入研究氧化石墨烯的光學(xué)特性將具有非常重要的意義。聚吡咯是一種分子內(nèi)部具有共軛π電子體系的導(dǎo)電高分子聚合物，在科技領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，可用于儲能材料、電化學(xué)傳感器、生物醫(yī)學(xué)、電子和光學(xué)等領(lǐng)域。聚吡咯的線性共軛結(jié)構(gòu)使得分子內(nèi)具有較大的共軛π電子體系，分子中的π電子可以在共軛體系中自由移動，因此聚吡咯具有較好的導(dǎo)電性和光學(xué)非線性。為此，我們嘗試設(shè)計、制備了一系列聚吡咯功能化的氧化石墨烯納米復(fù)合材料，并探討聚吡咯的含量及聚吡咯與氧化石墨烯兩者之間的電子或電荷轉(zhuǎn)移對納米復(fù)合材料非線性光學(xué)吸收性能的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種新型的具有較好非線性光學(xué)吸收性能的聚吡咯功能化的氧化石墨烯納米復(fù)合非線性光學(xué)功能材料及其制備方法。

本發(fā)明所述聚吡咯功能化氧化石墨烯納米復(fù)合材料中聚吡咯通過氫鍵與π-π作用修飾在氧化石墨烯表面。

本發(fā)明所制備的組成為g0.15的聚吡咯功能化氧化石墨烯納米復(fù)合光限制材料對532nm的脈沖激光具有比單一的氧化石墨烯更好的非線性光學(xué)吸收性能。

聚吡咯功能化氧化石墨烯納米復(fù)合光限制材料，由聚吡咯和氧化石墨烯組成，結(jié)構(gòu)為：

聚吡咯功能化的氧化石墨烯納米復(fù)合光限制材料的制備方法，具體步驟如下：

在去離子水和乙醇的混合溶劑中按一定的質(zhì)量比加入氧化石墨烯和吡咯，超聲均勻后加入氧化劑過硫酸銨，在室溫下，進(jìn)行功能化反應(yīng)，反應(yīng)物經(jīng)冷卻、分離、洗滌、干燥，得到黑色粉末狀產(chǎn)物，即為聚吡咯功能化的氧化石墨烯納米復(fù)合光限制材料。

所述混合溶劑中，去離子水和乙醇的體積比為3:1。

所述氧化石墨烯和吡咯的質(zhì)量比為1:1～1:3；所述吡咯和過硫酸銨的質(zhì)量比為1：2。

所述功能化反應(yīng)的溫度為室溫，反應(yīng)時間為26h。

所述分離為將反應(yīng)液用0.45μm的尼龍膜進(jìn)行過濾；所述洗滌為分別用去離子水、乙醇和甲醇洗滌；所述干燥是在室溫下進(jìn)行的真空干燥，干燥時間為12小時。

聚吡咯功能化氧化石墨烯納米復(fù)合光限制材料在532nm、4ns、2hz激光輻照下具有增強(qiáng)的非線性光學(xué)吸收性能。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明提供的制備方法簡單，操作容易，使原料混合均勻，可以將聚吡咯與氧化石墨烯物理摻雜形成二元納米雜化非線性光學(xué)功能材料。

(2)本發(fā)明的制備方法，有效地改善了石墨烯在有機(jī)極性溶劑中的溶解性和分散穩(wěn)定性。

(3)本發(fā)明所制備的聚吡咯功能化氧化石墨烯納米雜合物具有較強(qiáng)的非線性光學(xué)吸收性能和非常好的抗激光能力。

附圖說明

圖1.本發(fā)明所制備的聚吡咯功能化氧化石墨烯納米復(fù)合光限制材料的制備路線；

圖2.本發(fā)明所制備的聚吡咯功能化氧化石墨烯納米復(fù)合光限制材料的紅外光譜圖；

圖3.本發(fā)明所制備的聚吡咯功能化氧化石墨烯納米復(fù)合光限制材料的紫外-可見吸收光譜圖；

圖4.本發(fā)明所制備的聚吡咯功能化氧化石墨烯納米復(fù)合光限制材料的x射線衍射譜圖；

圖5.本發(fā)明所制備的聚吡咯功能化氧化石墨烯納米復(fù)合光限制材料的透射電鏡圖，a-go、b-g0.05、c-g0.10和d-g0.15；

圖6.本發(fā)明權(quán)利要求1中所涉及的前驅(qū)體及所制備的納米復(fù)合材料的非線性光學(xué)吸收圖。

具體實施方式

以下通過具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行描述或作進(jìn)一步的說明，并且給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，其目的在于更好地理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)涵，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。

實施例1：

將預(yù)先制備好的氧化石墨烯50mg和吡咯50mg在去離子水15ml和乙醇5ml的混合溶劑中超聲均勻，然后加入氧化劑過硫酸銨0.1g，在室溫下，進(jìn)行功能化反應(yīng)26小時。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液用0.45μm的尼龍膜進(jìn)行過濾，再分別用去離子水、乙醇和甲醇洗滌，然后在室溫下真空干燥12小時得黑色粉末狀產(chǎn)物，即為聚吡咯功能化的氧化石墨烯納米復(fù)合光限制材料g0.05。

其中，氧化石墨烯與吡咯的質(zhì)量比為1:1。

實施例2：

將預(yù)先制備好的氧化石墨烯50mg和吡咯100mg在去離子水15ml和乙醇5ml的混合溶劑中超聲均勻，然后加入氧化劑過硫酸銨0.2g，在室溫下，進(jìn)行功能化反應(yīng)26小時。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液用0.45μm的尼龍膜進(jìn)行過濾，再分別用去離子水、乙醇和甲醇洗滌，然后在室溫下真空干燥12小時得黑色粉末狀產(chǎn)物，即為聚吡咯功能化的氧化石墨烯納米復(fù)合光限制材料g0.10。

其中，氧化石墨烯與吡咯的質(zhì)量比為1:2。

實施例3：

將預(yù)先制備好的氧化石墨烯50mg和吡咯150mg在去離子水15ml和乙醇5ml的混合溶劑中超聲均勻，然后加入氧化劑過硫酸銨0.3g，在室溫下，進(jìn)行功能化反應(yīng)26小時。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液用0.45μm的尼龍膜進(jìn)行過濾，再分別用去離子水、乙醇和甲醇洗滌，然后在室溫下真空干燥12小時得黑色粉末狀產(chǎn)物，即為聚吡咯功能化的氧化石墨烯納米復(fù)合光限制材料g0.15。

其中，氧化石墨烯與吡咯的質(zhì)量比為1:3。

圖1為本發(fā)明所述聚吡咯功能化氧化石墨烯納米復(fù)合光限制材料的制備路線；實施例1-3經(jīng)聚合反應(yīng)制得納米復(fù)合材料分別為g0.05、g0.10和g0.15。

圖2為本發(fā)明所制備的聚吡咯功能化氧化石墨烯納米復(fù)合光限制材料的紅外光譜圖；該紅外光譜圖表明聚吡咯已修飾在氧化石墨烯表面。

圖3為本發(fā)明所制備的聚吡咯功能化氧化石墨烯納米復(fù)合光限制材料的紫外-可見吸收光譜圖；該固體紫外-可見吸收光譜圖表明聚吡咯已修飾在氧化石墨烯表面，并且二者之間存在著π-π作用。

圖4為本發(fā)明所制備的聚吡咯功能化氧化石墨烯納米復(fù)合光限制材料的x射線衍射譜圖；該譜圖表明聚吡咯已修飾在氧化石墨烯表面。

圖5為本發(fā)明所制備的聚吡咯功能化氧化石墨烯納米復(fù)合光限制材料的透射電鏡圖，a-go、b-g0.05、c-g0.10和d-g0.15；其中，圖b、c和d與圖a相比，表明聚吡咯已修飾在氧化石墨烯表面。

圖6.本發(fā)明權(quán)利要求1中所涉及的前驅(qū)體及所制備的納米復(fù)合材料的非線性光學(xué)吸收圖，該譜圖表明聚吡咯的含量對納米復(fù)合材料的非線性吸收性能具有較大的影響，且g0.15組成的納米復(fù)合材料具有比氧化石墨烯更好的非線性吸收性能。