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理化所等在寬波段非線性光限幅材料研究方面取得新進(jìn)展
近日，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所光化學(xué)轉(zhuǎn)換與功能材料院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室特種影像材料與技術(shù)研究中心的研究人員與南京理工大學(xué)曾海波課題組合作，利用液相剝離方法高產(chǎn)率制備了高結(jié)晶性的少層銻烯；通過球差校正高分辨透射電鏡鑒定了銻烯的原子結(jié)構(gòu)；成功制備了高濃度（>1wt %）高性能光限幅銻烯有機(jī)硅凝膠玻璃。在532-2000 nm的超寬波段內(nèi)，銻烯在懸濁液和凝膠玻璃器件中都展現(xiàn)出的激光限幅性能。該工作已申請國家，并以Few-layer Antimonene: Large Yield Synthesis, Exact Atomical Structure and Outstanding Optical Limiting 為題發(fā)表在《美國化學(xué)會志》（J. Am. Chem. Soc.）上。其中，中科院理化所助理研究員孫興明為共同*作者，副研究員謝政為共同通訊作者。
在該工作中，南京理工大學(xué)利用液相剝離法高產(chǎn)率地制備了高結(jié)晶性的少層銻烯，并鑒定了銻烯的原子結(jié)構(gòu)，理化所證明了銻烯在非線性光學(xué)領(lǐng)域中作為光限幅材料有著*的性能，在相同的線性透過率下銻烯分散液具有比石墨烯分散液更好的光限幅能力。在532 nm的納秒激光的脈沖照射下，當(dāng)入射光能量密度達(dá)到40 J/cm2時，線性透過率為70%的銻烯懸浮液的透過率降到5%，這意味著超過90%的能量被限制住，而同等條件下，石墨烯懸浮液的透過率只降到15%。通過對Z-掃描結(jié)果和不同溶劑中銻烯的光限幅性能的分析，發(fā)現(xiàn)銻烯光限幅的機(jī)制來自于其非線性吸收與非線性折射能力。
同時，理化所制備了銻烯高濃度均勻摻雜的有機(jī)硅凝膠玻璃，銻烯在凝膠玻璃中的摻雜濃度可以達(dá)到1%以上。結(jié)果表明：該凝膠玻璃在極寬的光譜范圍內(nèi)（532-2000 nm）均具有十分優(yōu)異的光限幅性能。與基于石墨烯摻雜的有機(jī)硅凝膠玻璃相比，在光限幅能力基本類似的情況下，銻烯基玻璃在正常的可見光到近紅外光下無色透明，平均透過率達(dá)到90%，而石墨烯基玻璃已經(jīng)變成了灰黑色，這表明銻烯基玻璃更加具有實(shí)用價值與意義。制備的銻烯基玻璃還具有優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性，并可進(jìn)行切割、拋光和光學(xué)加工，有利于后續(xù)器件化。
自石墨烯發(fā)現(xiàn)以來，二維材料以其*的性質(zhì)吸引了研究人員的廣泛關(guān)注，一系列新型二維半導(dǎo)體被不斷發(fā)掘。2014年，復(fù)旦大學(xué)張遠(yuǎn)波等課題組和南京理工大學(xué)曾海波課題組分別獨(dú)立制備和提出了二維黑磷、砷烯和銻烯等第五主族烯。在上述工作基礎(chǔ)上，本論文在上揭示了銻烯在非線性光學(xué)領(lǐng)域中具有*的性能，不僅可以為光學(xué)領(lǐng)域提供一種超寬波段的非線性光限幅材料，而且有望為以銻烯為代表的二維材料開辟新的研究領(lǐng)域和應(yīng)用方向。
少層銻烯的原子結(jié)構(gòu)和光限幅性能曲線
532 nm和1064 nm相同透過率下的少層銻烯和少層石墨烯光限幅性能比較
銻烯摻雜有機(jī)硅凝膠玻璃的制備路線和新鮮斷面掃描電鏡照片