一种基于PDMS的固体二维非线性材料制备方法及全光开关应用

本发明属于非线性材料，尤其涉及一种基于pdms的固体二维非线性材料制备方法及全光开关应用。

背景技术：

1、空间自相位调制(sspm)的产生主要源于克尔效应，这种效应通过调控入射光的相位实现了全光调制。自从最早的二维材料——石墨烯被发现以来，二维材料就逐渐成为研究sspm的主要对象。尽管二维材料非常薄，但它展现出强烈的光与物质相互作用，更容易观察到sspm现象。此外，二维材料的多样化电子结构为基于sspm的光电子器件的制造提供了多种可能。然而，目前大部分基于sspm的全光非线性光子器件，如光开关和光子二极管等，主要在比色皿中进行实验研究。比色皿中的液体二维材料的实用性明显逊色于固体二维材料。在sspm实验中，液体二维非线性材料容易受到热效应和重力的影响，导致衍射环发生塌缩，进而影响非线性系数估算的准确性。因此，固体二维非线性材料的有效制备对推动光电子器件的发展至关重要。

2、目前，大部分sspm实验主要集中在有机溶剂中二维材料的研究。同时，已报道的全光开关、非线性光子二极管也都是在有机溶剂中进行的。例如，硫化锡、二维黑磷和二硫化钼在sspm中的测量与应用。为了推动sspm的发展，研究者提出了一种以pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)为主的制备方法[wu,l.；dong,y.；zhao,j.；ma,d.；huang,w.；zhang,y.；wang,y.；jiang,x.；xiang,y.；li,j.；feng,y.；xu,j.；zhang,h.,kerr nonlinearity in 2dgraphdiyne for passive photonic diodes.adv mater 2019,31(14),e1807981]。具体制备过程如下：在三氯甲烷中加入干燥的石墨炔，通过超声确保材料均匀分布。然后，将pmma加入石墨炔的悬浮液中，通过磁力搅拌使其充分溶解。将制备好的pmma/石墨炔溶液覆盖在载玻片上，经过半小时烘烤，即可得到制备好的固体样品。虽然这种固体样品相较于液体样品具有更高的实用性，但仍存在一些局限性。虽然可以避免衍射环的塌缩，但仍无法满足二维材料器件化的需求，如抗氧化性、疏水性和生物兼容性。

3、因此仍需要寻找一种载体，使所制备的固体二维非线性材料达到器件化的需求。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于pdms的固体二维非线性材料的制备方法和应用。在制备基于pdms的固体二维非线性材料时，我们首先让ws2在pdms中均匀分布，然后，让pdms在常温条件下和固化剂发生交联固化反应，从而制备出基于pdms的固体二维非线性材料(pdms/ws2)。

2、一方面，该制备方法可以提高二维非线性材料的抗氧化性、疏水性、生物兼容性；另一方面，能更好地让二维材料在基于sspm的实验中达到器件化的应用，推进了sspm的发展。

3、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

4、本发明的技术方案之一：一种基于pdms的固体二维非线性材料，包括以下组分：ws2、pdms和固化剂。

5、进一步，所述pdms和所述固化剂分别为市面上常见的道康宁dc184产品中的a液和b液；

6、即所述道康宁dc184产品是由a和b液组成的双组分套件产品，该产品的平均分子量为：～25000；其中a液为带有乙烯基活性基团的聚二甲基硅氧烷；b液为带有氢基的聚二甲基硅氧烷。

7、上述反应涉及到的固化原理为：pdms中官能乙烯基(sich＝ch2)和固化剂中官能氢化物(sih)反应，从而导致两种组分固化。

8、进一步，所述ws2、pdms和固化剂的质量比为：0.03∶10∶1。

9、本发明的技术方案之二：提供一种基于pdms的固体二维非线性材料的制备方法，包括以下步骤：

10、将ws2掺入pdms中并进行超声搅拌处理，再向其中加入固化剂搅拌均匀，固化得到所述固体二维非线性材料。

11、上述技术方案达到的效果为：本发明在制备基于pdms的固体二维非线性材料时，利用了pdms在常温条件下和固化剂的交联固化过程，并通过超声搅拌的方式让ws2在pdms中均匀分布，达到较好的sspm实验效果；

12、其中，聚二甲基硅氧烷(pdms)是一种(si-o)有机硅聚合物，也叫硅酮。在pdms的交联固化状态下，聚合物在较大的温度与湿度的范围内是十分稳定的。同时，pdms的光学透明性、氧化稳定性、生物相容性也较好。而且，pdms在紫外-可见-近红外宽带区域的光谱吸收率较低，这一性质表明pdms本身不会产生sspm现象，可作为一种载体来制备固体二维非线性材料。综上，由于pdms的光学非线性系数较低，所以本发明选用它作为一种载体来代替有机溶剂，实现二维材料固化来进行sspm实验和全光开关的应用。同时，由于pdms自身较强机械特性，能避免sspm衍射环的塌缩现象，让固体二维非线性材料更加稳定。因此选用pdms作为一种载体，能更好地让二维材料达到器件化的应用，为光电子器件的发展作出贡献。

13、进一步，所述超声搅拌条件为：超声功率为120w-180w，超声时间为2h-4h；磁力搅拌时间为1h-4h。所述固化条件为：常温固化48h以上。

14、上述技术方案达到的有益效果：在本发明限定的超声搅拌参数内，使得ws2可以更均匀的掺入pdms中，达到较好的sspm实验效果。

15、本发明的技术方案之三：提供一种基于pdms的固体二维非线性材料在全光开关中的应用。

16、本发明的技术方案之四：提供一种基于pdms的固体二维非线性材料在sspm中的应用。

17、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

18、本发明公开的一种基于pdms的固体二维非线性材料的制备可以摆脱sspm实验中比色皿的使用，并兼备优异的透明性、抗氧化性、疏水性、柔韧性；且该方法简单易行，适合工艺化生产。此外，二维非线性固体材料也可在基于sspm的实验中达到器件化的应用。

技术特征：

1.一种基于pdms的固体二维非线性材料，其特征在于，原料包括以下组分：ws2、pdms和固化剂。

2.根据权利要求1所述的基于pdms的固体二维非线性材料，其特征在于，所述ws2、pdms和固化剂的质量比为：0.03∶10∶1。

3.一种根据权利要求1-2任一项所述的基于pdms的固体二维非线性材料的制备方法，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的一种基于pdms的固体二维非线性材料的制备方法，其特征在于，所述超声搅拌条件为：超声功率为120w-180w，超声时间为2h-4h；磁力搅拌时间为1h-4h。

5.根据权利要求3所述的一种基于pdms的固体二维非线性材料的制备方法，其特征在于，所述固化条件为：常温固化48h以上。

6.根据权利要求1-2任一项所述的基于pdms的固体二维非线性材料在全光开关中的应用。

7.根据权利要求1-2任一项所述的基于pdms的固体二维非线性材料在空间自相位调制中的应用。

技术总结
本发明提出了一种基于PDMS的固体二维非线性材料制备方法及全光开关应用，属于非线性材料技术领域；所述基于PDMS的固体二维非线性材料，包括WS<subgt;2</subgt;、PDMS和固化剂；在制备基于PDMS的固体二维非线性材料时，利用了PDMS在常温条件下和固化剂的交联固化过程，让WS<subgt;2</subgt;在PDMS中均匀分布，从而制备出基于PDMS的固体二维非线性材料，一方面，可以提高二维非线性材料的抗氧化性、疏水性、生物兼容性；另一方面，能更好地让二维材料在基于空间自相位调制的实验中达到器件化的应用，推进了空间自相位调制的发展。

技术研发人员：徐晓丹,李启凡,张亚青,崔泽鑫,佟立华,吴艳玲
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29