专利名称：一种银、金纳米颗粒分散四氧化三钴光学薄膜及制备方法
技术领域：
本发明属于金属纳米颗粒与氧化物复合材料领域，特别是提出了一种银、金纳
米颗粒分散四氧化三钴光学薄膜及制备方法，涉及到多种金属纳米颗粒分散氧化物
光学薄膜的设计与制备工艺。
背景技术：
近几十年来，金属纳米颗粒非线性光学复合薄膜的研究发展迅速，在光电子工 业中如光开关、光通讯、光信息处理、光计算机、激光技术等都需要以非线性光学 材料为基础材料，金属纳米颗粒非线性光学复合薄膜具有非常广阔的应用前景。现 在对此类薄膜的研究已由一元体系金属纳米颗粒非线性光学复合薄膜为主扩展到二 元体系金属纳米颗粒非线性光学薄膜。但是所报道的二元体系金属纳米颗粒复合薄 膜中，金属颗粒大多数以合金的形式存在，以单质形式存在的报道还比较少见。作 为新的非线性材料的候选者，过渡金属氧化物由于电子关联效应，在理论上具有大 的光学非线性。与其它制备薄膜的方法相比，溶胶-凝胶法可在不同介质基体中分散 多种金属、能够精确控制薄膜的化学计量比，并且还具有制备周期短、操作方便、 成本低等优点。采用溶胶-凝胶法制备以单质形式存在的Au、 Ag二元金属颗粒分散 四氧化三钴光学薄膜还未见报道。
发明内容
一种银、金纳米颗粒分散四氧化三钴光学薄膜及制备方法，其薄膜化学成分组 成通式为AgxAuy/(Co304)h-y，其中x、 y分别表示Ag、 Au组成元素的摩尔分数，x 的取值范围为0.01~0.6， y的取值范围为0.01-0.6， x+y的取值范围为0.02-0.8。本 发明采用溶胶-凝胶法制备AgxAuy/(Co304)^.y复合薄膜，纳米银、金颗粒以金属单 质的形式分散于四氧化三钴基体中，银、金颗粒直径均为1 100nm，薄膜在350 450nm和550 650nm两个波段观察到吸收峰。
本发明技术的主要特点是在所制备的薄膜中，银、金颗粒分别以金属单质的 形式分散于氧化物基体中，复合薄膜在光吸收图谱中分别出现了银、金两个较强的 等离子共振吸收峰，光吸收图谱如图1所示，增加了光非线性吸收的范围，具有优 良的非线性光学性质。
3图1为本发明设计的一种AgxAUy/(C0304)k.y复合薄膜的光吸收图谱。
具体实施例方式
实施例l
称取0.8731g的硝酸钴(Co(N03)2'6H20)， 0.1699g的硝酸银(AgN03)和0.4188g 的氯金酸(HAuCl4*4H20)，分别加入到10ml乙二醇独甲醚溶剂中，在磁力搅拌机上 搅拌3小时，陈化6小时，得到浓度为0.3mol/L的Co母体溶液、0.1mol/L的Ag母 体溶液和0.1mol/L的Au母体溶液；然后量取9.8 ml的Co母体溶液和0.2 ml的Ag 母体溶液，将两种溶液混合，再在磁力搅拌机上搅拌5小时，陈化8小时，制得 Ago.。2/(Co304)o.98前驱体溶液。用同样的方法，量取9.8 ml的Co母体溶液和0.2 ml的
Au母体溶液，制备AUo.。2/(C0304)0.98前驱体溶液。匀胶之前，将基片依次在蒸馏水、
乙醇、丙酮中超声清洗，然后将其放入干燥箱中烘干，干燥后涂覆一层已配制好的 Ago.o2/(Co304)o,98前驱体溶液于基片上。匀胶时，先以300 rpm的速度运转3秒，再 以3000 rpm的速度运转10秒，匀胶后进行一次热分解处理，热分解温度为300°C， 时间为30秒，涂膜结束后，将样品置于热处理炉中进行退火，退火温度580'C，退
火保温时间30分钟。然后按上述步骤再涂覆一层AU0.02/(CO3O4)a98前驱体溶液于上
述基片上，进行相同的匀胶，热分解和退火处理，最后得到Ag謹Auo.(n/(Co304), 复合光学薄膜。 实施例2
称取0.8731g的硝酸钴(Co(N03)r6H20)， 0.1699g的硝酸银(AgNCb)和0.4188g 的氯金酸(HAuCl4'4H20)，分别加入到10ml乙二醇独甲醚溶剂中，在磁力搅拌机上 搅拌3小时，陈化6小时，得到浓度为0.3mol/L的Co母体溶液、0.1mol/L的Ag母 体溶液和0.1mol/L的Au母体溶液；然后量取6 ml的Co母体溶液和4ml的Ag母 体溶液，将两种溶液混合，再在磁力搅拌机上搅拌5小时，陈化8小时，制得 AgoV(Co304)o.6前驱体溶液。用同样的方法，量取6 ml的Co母体溶液和4 ml的Au 母体溶液，制备AU0.4/(CO3O4)0.6前驱体溶液。匀胶之前，将基片依次在蒸镏水、乙醇、 丙酮中超声清洗，然后将其放入干燥箱中烘干，干燥后涂覆一层已配制好的 八80.4/(0)304)().6前驱体溶液于基片上。勾胶时，先以300rpm的速度运转3秒，再以 3000rpm的速度运转10秒，匀胶后进行一次热分解处理，热分解温度为300。C，时 间为30秒，涂膜结束后，将样品置于热处理炉中进行退火，退火温度58(TC，退火 保温时间30分钟。然后按上述步骤再涂覆一层八110.4/(0)304)0.6前驱体溶液于上述基 片上，进行相同的匀胶，热分解和退火处理，最后得到八8().2八110.2/(0)304)().6复合光学薄膜。
实施例3
称取0.8731g的硝酸钴(Co(N03)2'6H20)， 0.1699g的硝酸银(AgN03)和0.4188g 的氯金酸(HAuCLr4H20)，分别加入到10ml乙二醇独甲醚溶剂中，在磁力搅拌机上 搅拌3小时，陈化6小时，得到浓度为0.3mol/L的Co母体溶液、0.1mol/L的Ag母 体溶液和0.1mol/L的Au母体溶液；然后量取lml的Co母体溶液和9ml的Ag母 体溶液，将两种溶液混合，再在磁力搅拌机上搅拌5小时，陈化8小时，制得 Ago.9/(Co304)(n前驱体溶液。用同样的方法，量取4ml的Co母体溶液和6ml的Au 母体溶液，制备AUo.6/(C0304)o.4前驱体溶液。匀胶之前，将基片依次在蒸馏水、乙醇、 丙酮中超声清洗，然后将其放入干燥箱中烘干，干燥后涂覆一层已配制好的 Ago.9/(Co304)o.,前驱体溶液于基片上。匀胶时，先以300rpm的速度运转3秒，再以 3000ipm的速度运转10秒，匀胶后进行一次热分解处理，热分解温度为300'C，时 间为30秒，涂膜结束后，将样品置于热处理炉中进行退火，退火温度58(TC，退火
保温时间30分钟。
一层膜制备完成后按上述步骤再涂覆一层AU0.6/(CO3O4)0.4前驱体
溶液于上述基片上，进行相同的匀胶，热分解和退火处理。然后再按相同步骤涂覆 一层AgQ,9/(C0304)(U膜，最后得到Ago.6Auo.2/(Co304)G.2复合光学薄膜。 实施例4
称取0.8731g的硝酸钴(Co(N03)2'6H20)， 0.1699g的硝酸银(AgN03)和0.4188g 的氯金酸(HAuCLr4H20)，分别加入到10ml乙二醇独甲醚溶剂中，在磁力搅拌机上 搅拌3小时，陈化6小时，得到浓度为0.3mol/L的Co母体溶液、0.1mol/L的Ag母 体溶液和0.1mol/L的Au母体溶液；然后量取lml的Co母体溶液和9ml的Au母 体溶液，将两种溶液混合，再在磁力搅拌机上搅拌5小时，陈化8小时，制得 Auo.9/(Co304)(u前驱体溶液。用同样的方法，量取4 ml的Co母体溶液和6 ml的Ag 母体溶液，制备Ago.6/(C0304)o.4前驱体溶液。匀胶之前，将基片依次在蒸馏水、乙醇、 丙酮中超声清洗，然后将其放入干燥箱中烘干，干燥后涂覆一层已配制好的 Auo.9/(Co304)(u前驱体溶液于基片上。匀胶时，先以300rpm的速度运转3秒，再以 3000rpm的速度运转10秒，匀胶后进行一次热分解处理，热分解温度为300'C，时 间为30秒，涂膜结束后，将样品置于热处理炉中进行退火，退火温度58(TC，退火 保温时间30分钟。 一层膜制备完成后按上述步骤再涂覆一层Ago.e/(Co304)o.4前驱体 溶液于上述基片上，进行相同的匀胶，热分解和退火处理。然后再按相同步骤涂覆 一层Auo.9/(Co304)al膜，最后得到Ago.2Auo.6/(Co304)o.2复合光学薄膜。
权利要求
1.一种银、金单质金属纳米颗粒分散氧化物非线性光学薄膜，其特征是化学成分组成通式为AgxAuy/(Co3O4)1-x-y，其中x、y分别表示Ag、Au组成元素的摩尔分数，x的取值范围为0.01～0.6，y的取值范围为0.01～0.6，x+y的取值范围为0.02～0.8。
2. 如权利要求1所述的银、金单质金属纳米颗粒分散氧化物非线性光学薄膜，其特 征在于直径分布均在1 100nm范围内的纳米银、金颗粒以金属单质的形式分 散于四氧化三钴基体中，薄膜在350 450nm和550 650nm两个波段观察到吸 收峰。
3. —种如权利要求1和2所述的银、金单质金属纳米颗粒分散氧化物非线性光学薄 膜的制备方法，其特征在于以硝酸钴，硝酸银、氯金酸和乙二醇独甲醚为原料， 采用溶胶-凝胶法合成化学计量比准确、成分均匀的前躯体溶液，然后采用匀胶机在玻璃基片上进行涂膜，经过退火处理最后得到AgxAUy/(C0304)h-y复合薄膜。
全文摘要
一种银、金纳米颗粒分散四氧化三钴光学薄膜及制备方法，属于金属纳米颗粒与氧化物复合材料领域。本发明提供一种银、金单质金属纳米颗粒分散氧化物非线性光学薄膜，其特征是化学成分组成通式为Ag<sub>x</sub>Au<sub>y</sub>/(Co<sub>3</sub>O<sub>4</sub>)<sub>1-x-y</sub>，其中x、y分别表示Ag、Au组成元素的摩尔分数，x的取值范围为0.01～0.6，y的取值范围为0.01～0.6，x+y的取值范围为0.02～0.8。纳米银、金颗粒以金属单质的形式分散于四氧化三钴基体中，银、金颗粒直径均为1～100nm，薄膜在350～450nm和550～650nm两个波段观察到吸收峰，增加了光吸收范围，具有优良的非线性光学特性。
文档编号G02F1/355GK101614929SQ20091008968
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月28日 优先权日2009年7月28日
发明者张波萍, 张美霞, 顺 李, 王士京, 赵翠华 申请人:北京科技大学