DAST晶体的控制生长及其光学特性研究

论文摘要

有机非线性材料4―（4―二甲基氨基苯乙烯基）甲基吡啶对甲基苯磺酸盐（DAST）具有较高的非线性光学系数和电光系数,表现出极强的非线性光学特性,在生物医学、光通信和材料科学等领域中有着重要的应用前景。然而,DAST晶体的尺寸较小、结晶度较低和生长周期较长等因素限制了其广泛应用。为此,本文从两个方向对DAST晶体生长进行研究,一是在传统溶液降温法的基础上,结合向溶液中添加油酸的方法进行DAST单晶生长;二是利用外加交流电场在有方形光刻胶阵列的ITO电极上诱导DAST微晶阵列快速生长。主要研究成果如下:（1）使用自制的Dean-Stark装置,成功地合成了DAST,并对合成的DAST进行重结晶。采用溶剂蒸发法,研究了不同浓度下DAST晶体的生长情况。结果表明,随着溶液浓度的增加,得到的DAST晶体的厚度也随之增加,表现出沿c轴方向生长的特性。（2）研究了DAST晶体生长的两种不同方法,包括传统的溶液降温法以及在传统溶液降温法的基础上向溶液中添加油酸的方法。利用传统溶液降温法,我们生长的最大DAST单晶尺寸为5.8×5.5×0.9 mm3,呈规则的方形。与之相比,添加油酸生长的最大DAST单晶尺寸为11×8×1.2 mm3,呈不规则的六边形。对比两种方法生长的DAST单晶的紫外可见光谱、X射线衍射光谱以及晶体表面的刻蚀分析等结果发现,通过在DAST甲醇溶液中添加油酸,能够诱导生长结晶度高、缺陷少、尺寸大的DAST单晶。此外,本文还从氢键影响DAST晶体的（010）晶面的角度,解释了不规则六边形晶体形成的原因。本实验的方法和结果对后期研究大尺寸、结晶度高、缺陷少的有机单晶生长有着重要的参考价值。（3）从理论上推导了二次谐波（SHG）效应产生的条件。提出利用外加交流电场在具有方形光刻胶图形的ITO表面诱导DAST微晶阵列生长的新方法,并对ITO电极表面微晶材料的晶态和光学特性进行测试表征。结果表明,交流电场的引入并没有改变DAST分子的化学结构,却明显地改变了DAST微晶的结晶度。并且,还对DAST微晶阵列的形成原因进行了解释。此外,基于电场诱导生长的DAST微晶阵列,利用SHG测量光路,研究了微晶阵列的SHG和退火温度之间的关系。结果表明,随着退火温度的升高,微晶阵列二次谐波的强度先升高再降低。重要的是,还从退火温度对晶粒尺寸的影响和微晶表面缺陷两个方面对这一现象进行了解释。相关成果将为有机微晶阵列的快速生长提供一个可行的实验方案。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 非线性光学
•     1.1.1 非线性光学的产生
•     1.1.2 二次谐波效应
•     1.1.3 二次谐波的极化强度及产生条件
•   1.2 非线性光学材料
•   1.3 DAST晶体
•     1.3.1 DAST的分子结构及特性
•     1.3.2 DAST的晶体结构
•     1.3.3 DAST晶体的研究现状
•   1.4 DAST晶体的应用
•     1.4.1 基于DAST晶体的二次谐波效应
•     1.4.2 基于DAST晶体的太赫兹波产生
•   1.5 本论文的主要研究内容及创新点
• 第二章 DAST晶体生长的理论基础及表征方法
•   2.1 晶体的生长理论
•     2.1.1 DAST甲醇溶液体系中的热力学平衡
•     2.1.2 DAST晶体的成核理论
•     2.1.3 DAST晶体的界面张力
•     2.1.4 DAST晶体的结晶驱动力
•   2.2 有机非线性材料DAST的测试表征
•     2.2.1 傅里叶红外光谱
•     2.2.2 紫外可见光谱
•     2.2.3 X射线衍射图谱
•     2.2.4 金相显微镜
•     2.2.5 核磁共振波谱测试
•     2.2.6 质谱分析
•     2.2.7 二次谐波光谱
•   2.3 本章小结
• 第三章 DAST粉末的合成及表征
•   3.1 DAST的合成
•     3.1.1 合成DAST所需的药品和仪器
•     3.1.2 DAST的合成步骤
•     3.1.3 DAST粗产物的提纯
•   3.2 纯化后DAST粉末的分析测试
•     3.2.1 DAST粉末的红外光谱分析
•     3.2.2 DAST粉末的核磁共振谱分析
•     3.2.3 DAST粉末的质谱分析
•   3.3 本章小结
• 第四章 DAST单晶的生长及光学特性研究
•   4.1 DAST单晶生长方法概述
•   4.2 DAST甲醇溶液体系中亚稳态区域宽度的测定
•   4.3 溶液蒸发法生长DAST晶体
•   4.4 溶液降温法生长DAST晶体
•     4.4.1 通过单纯的DAST甲醇溶液生长DAST单晶
•     4.4.2 DAST甲醇溶液中添加油酸生长DAST单晶
•   4.5 两种溶液降温法生长的DAST单晶光学表征
•     4.5.1 不同方法生长的DAST单晶的红外光谱分析
•     4.5.2 不同方法生长的DAST单晶的紫外可见光谱分析
•     4.5.3 不同方法生长的DAST单晶的XRD光谱分析
•   4.6 油酸对DAST单晶生长的影响
•   4.7 不同方法生长的DAST单晶的二次谐波效应
•   4.8 本章小结
• 第五章 快速生长DAST微晶阵列及其SHG特性研究
•   5.1 DAST微晶阵列的制备
•     5.1.1 电极表面方形阵列的制备工艺
•     5.1.2 电场诱导DAST微晶阵列的生长
•     5.1.3 DAST微晶阵列的生长机理
•   5.2 DAST微晶阵列的光学特性分析
•     5.2.1 中红外光谱测试及分析
•     5.2.2 XRD光谱测试及分析
•   5.3 退火温度对DAST微晶阵列SHG的影响
•   5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周华新

导师: 许向东

关键词: 合成,晶体生长,交流电场,二次谐波效应

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,化学,化学

单位: 电子科技大学

分类号: O782;O734

总页数: 71

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