一種可溶性碳納米管-氮化鋁復(fù)合懸浮液限幅器的制造方法
【專利摘要】一種可溶性碳納米管-氮化鋁復(fù)合懸浮液限幅器，由懸浮液和透明的玻璃器皿組成，懸浮液由改性后的氮化鋁和多壁碳納米管加入乙醇中制成；透明的玻璃器皿為矩形封閉容器，將制得的混合懸浮液加入透明的玻璃器皿中，混合懸浮液的加入量為玻璃器皿體積的60-70﹪，將玻璃器皿抽真空密封后即可制得限幅器。本發(fā)明的優(yōu)點是：由改性后的氮化鋁和多壁碳納米管制成混合懸浮液，在溶液中形成熱傳導(dǎo)率很高的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，有利于熱能在溶液中的傳導(dǎo)，使溶液快速產(chǎn)生氣泡，縮短光限幅響應(yīng)時間；在真空中將玻璃器皿密封，通過減小容器內(nèi)氣壓，提高溶液中產(chǎn)生的氣泡的半徑，進(jìn)而增大散射面，減小透過率，提高光限幅能力。
【專利說明】一種可溶性碳納米管-氮化鋁復(fù)合懸浮液限幅器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于非線性光學(xué)領(lǐng)域，特別是一種可溶性碳納米管-氮化鋁復(fù)合懸浮液限幅器。
【背景技術(shù)】
[0002]激光自1960年問世以來，由于其單色性好、準(zhǔn)直性高等優(yōu)點，在醫(yī)學(xué)、測量、化學(xué)、材料加工以及國防領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。但隨之而來的是強(qiáng)激光很容易照成人眼及光電設(shè)備的損傷，因此，激光防護(hù)措施，特別是激光防護(hù)器件的研究顯得尤為迫切。
[0003]光限幅器在廣義上可分為主動限幅器和被動限幅器。主動限幅器是利用主動反饋來完成限幅。例如，用光電探測器獲得的信號控制光闌口徑以阻止強(qiáng)光進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)。被動限幅器是利用材料本身具有的非線性光學(xué)性質(zhì)來完成限幅功能。
[0004]近些年來，實驗發(fā)現(xiàn)碳納米管具有良好的光限幅性質(zhì)，是一種優(yōu)良的寬帶限幅材料。碳納米管是全碳結(jié)構(gòu)、納米尺寸的管型物質(zhì)。它可以看作是二維石墨片層，如圖1所示，卷成的中空圓柱體結(jié)構(gòu)。1998年X.Sun等觀察到多壁碳納米管在ns激光脈沖激發(fā)下有光限幅性能，其限幅波段能從可見區(qū)延伸到紅外區(qū)。Jason E.Riggs等通過分子力或利用化學(xué)鍵將高溶解性的高聚物，連接在SWCNTs或MWCNTs，從而切斷碳納米管大大增加了碳納米管的溶解性。新合成的材料的光限幅閾值均在IJ/Cm2左右。2011年，E.Fazio通過在碳納米管中摻雜納米銀粒子，增強(qiáng)碳納米管的光限幅性能，獲得了一定研究成果。本發(fā)明是在上訴實驗啟發(fā)下，繼續(xù)進(jìn)行研發(fā)創(chuàng)新的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對上述技術(shù)分析，提供一種可溶性碳納米管-氮化鋁復(fù)合懸浮液限幅器，該限幅器中熱能在懸浮液中的傳導(dǎo)率高，光限幅響應(yīng)時間；光透過率低，光限幅能力聞。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:
一種可溶性碳納米管-氮化鋁復(fù)合懸浮液限幅器，由懸浮液和透明的玻璃器皿組成，懸浮液由改性后的氮化鋁和多壁碳納米管加入乙醇中制成，改性后的氮化鋁的粒徑為l-4um，改性后的多壁碳納米管的直徑為20-30nm、長度10-20um ;所述懸浮液中氮化鋁、環(huán)氧化多壁碳納米管與乙醇的用量比為2.5 g:50 mg:1OOmL;透明的玻璃器皿為矩形封閉容器，將制得的混合懸浮液加入透明的玻璃器皿中，混合懸浮液的加入量為玻璃器皿體積的
60-70 %，將玻璃器皿抽真空至真空度為1333 XlCT3 -133.3x10'5 Pa，密封后即可制得限幅器。
[0007]所述改性后的氮化鋁的制備方法，步驟如下:
I)取干燥的氮化鋁顆粒加入到15wt%氫氧化鈉溶液中，120°C下加熱攪拌20min，離心后用丙酮洗滌固體3次，真空80°C下干燥24h，得到羥基化氮化鋁； 2)將上述羥基化氮化鋁100 g和Y -氨丙基三乙氧基硅烷3g加入IOOmL乙醇中超聲混合5h，將得到的混合液在60°C下攪拌5h，用乙醇洗3次，在80°C下干燥10h，即可制得改性后的氣化招。
[0008]所述改性后的多壁碳納米管的制備方法，步驟如下:
1)將5g多壁碳納米管加入到IOOml濃度為60w%的硝酸溶液中，超聲震蕩30min，在70°C的恒溫水浴中冷凝回流48h，冷卻后用500ml去離子水稀釋處理、抽濾處理至中性，烘干后得到酸化后的多壁碳納米管；
2)取酸化后的多壁碳納米管5g，分散在50ml二甲基乙酰胺中，超聲震蕩60min，得到均勻的懸浮液a ;
3)將IOOg環(huán)氧樹脂分散在300ml二甲基乙酰胺中，得到均勻的懸浮液b ;
4)將懸浮液a和懸浮液b混合,加入0.4g三苯基膦催化劑,超聲混合60min后，于100°C恒溫水浴下反應(yīng)24h，反應(yīng)結(jié)束后，用二氯甲烷洗滌、過濾，制得改性后的多壁碳納米管。
[0009]本發(fā)明的工作機(jī)理:
改性后的多壁碳納米管在低光強(qiáng)下具有高的透射率而且穩(wěn)定，視場較亮，而不可溶的碳納米管不具有這一性質(zhì)；透明的玻璃器皿在真空環(huán)境下封裝中，混合懸浮液受激光輻射后溫度迅速上升，使溶劑蒸發(fā)而形成氣泡，密閉容器內(nèi)氣壓越小，所形成的氣泡半徑越大，散射面越大，透過率越小，光限幅能力越強(qiáng)；由氮化鋁與可溶性多壁碳納米管組成的復(fù)合材料在溶液中形成熱傳導(dǎo)率很高的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，有利于熱能在溶液中的傳導(dǎo)，使溶液快速產(chǎn)生氣泡，縮短光限幅響應(yīng)時間。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果是:由改性后的氮化鋁和多壁碳納米管制成混合懸浮液，在溶液中形成熱傳導(dǎo)率很高的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，有利于熱能在溶液中的傳導(dǎo)，使溶液快速產(chǎn)生氣泡，縮短光限幅響應(yīng)時間；在真空中將玻璃器皿密封，通過減小容器內(nèi)氣壓，提高溶液中產(chǎn)生的氣泡的半徑，進(jìn)而增大散射面，減小透過率，提高光限幅能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為石墨片層結(jié)構(gòu)不意圖。
[0012]圖2為碳納米管的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3為該限幅器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖4為該限幅器的測試原理圖。
[0015]圖5為該限幅器的測試圖。
具體實施方案
[0016]實施例:
一種可溶性碳納米管-氮化鋁復(fù)合懸浮液限幅器，如圖2、圖3所示，由懸浮液和透明的玻璃器皿組成，懸浮液由改性后的氮化鋁和多壁碳納米管加入乙醇中制成，改性后的氮化鋁的粒徑為l_4um，改性后的多壁碳納米管的直徑為20-30nm、長度10_20um ;所述懸浮液中氮化鋁、環(huán)氧化多壁碳納米管與乙醇的用量比為2.5 g:50 mg:100mL ;透明的玻璃器皿為矩形封閉容器，將制得的混合懸浮液加入透明的玻璃器皿中，混合懸浮液的加入量為玻璃
器皿體積的60 %，將玻璃器皿抽真空至真空度為133.3 χ10_3 Pa，密封后即可制得限幅器。[0017]所述改性后的氮化鋁的制備方法，步驟如下:
1)取干燥的氮化鋁顆粒加入到15wt%氫氧化鈉溶液中，120°C下加熱攪拌20min，離心后用丙酮洗洗滌固體3次，真空80°C下干燥24h，得到羥基化氮化鋁；
2)將上述羥基化氮化鋁100g和Y -氨丙基三乙氧基硅烷3g加入IOOmL乙醇中超聲混合5h，將得到的混合液在60°C下攪拌5h，用乙醇洗3次，在80°C下干燥10h，即可制得改性后的氣化招。
[0018]所述改性后的多壁碳納米管的制備方法，步驟如下:
1)將5g多壁碳納米管加入到IOOml濃度為60w%的硝酸溶液中，超聲震蕩30min，在70°C的恒溫水浴中冷凝回流48h，冷卻后用500ml去離子水稀釋處理、抽濾處理至中性，烘干后得到酸化后的多壁碳納米管；
2)取酸化后的多壁碳納米管5g，分散在50ml二甲基乙酰胺中，超聲震蕩60min，得到均勻的懸浮液a ;
3)將IOOg環(huán)氧樹脂分散在300ml二甲基乙酰胺中，得到均勻的懸浮液b ;
4)將懸浮液a和懸浮液b混合,加入0.4g三苯基膦催化劑,超聲混合60min后，于100°C恒溫水浴下反應(yīng)24h，反應(yīng)結(jié)束后，用二氯甲烷洗滌、過濾，制得改性后的多壁碳納米管。
[0019]用1064nm、脈寬35ps、重復(fù)率IOHz的脈沖激光對其進(jìn)行限幅效應(yīng)的測試:改變?nèi)肷浼す獾哪芰棵芏?，測量出射激光的能量密度，求出在不同能量密度的入射激光下，出射光的能量密度，并算出透過率。測試原理如圖4所示，其中AT是光強(qiáng)調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)入射光的能量密度；BS是分束器，將入射光分為兩束，一束作為參考光，由能量探測器Dl接受測量其能量，另一束經(jīng)透鏡LI聚焦于限幅器S的中心處，輸出光經(jīng)透鏡分為平行光后，由能量探測器D2接受測量其能量，將輸出能量與輸入能量作比值就得到了透射率。測試結(jié)果如圖5所示。測試結(jié)果表明:此限幅器在較低能量密度入射光輻照下，透過率幾乎是線性關(guān)系，隨著入射光能量密度的增大，透過率幾乎不變，此透過率即為此限幅器的限幅閾值。
【權(quán)利要求】
1.一種可溶性碳納米管-氮化鋁復(fù)合懸浮液限幅器，其特征在于:由懸浮液和透明的玻璃器皿組成，懸浮液由改性后的氮化鋁和多壁碳納米管加入乙醇中制成，改性后的氮化鋁的粒徑為l-4um，改性后的多壁碳納米管的直徑為20-30nm、長度10-20um;所述懸浮液中氮化鋁、環(huán)氧化多壁碳納米管與乙醇的用量比為2.5 g:50 mg:IOOmL;透明的玻璃器皿為矩形封閉容器，將制得的混合懸浮液加入透明的玻璃器皿中，混合懸浮液的加入量為玻璃器皿體積的60-70 %，將玻璃器皿抽真空至真空度為133.3XIO 3 -133.3x10" Pa，密封后即可制得限幅器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述可溶性碳納米管-氮化鋁復(fù)合懸浮液限幅器，其特征在于:所述改性后的氮化鋁的制備方法，步驟如下: 1)取干燥的氮化鋁顆粒加入到15wt%氫氧化鈉溶液中，120°C下加熱攪拌20min，離心后用丙酮洗洗滌固體3次，真空80°C下干燥24h，得到羥基化氮化鋁； 2)將上述羥基化氮化鋁100g和Y -氨丙基三乙氧基硅烷3g加入IOOmL乙醇中超聲混合5h，將得到的混合液在60°C下攪拌5h，用乙醇洗3次，在80°C下干燥10h，即可制得改性后的氣化招。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述可溶性碳納米管-氮化鋁復(fù)合懸浮液限幅器，其特征在于:所述改性后的多壁碳納米管的制備方法，步驟如下: 1)將5g多壁碳納米管加入到IOOml濃度為60w%的硝酸溶液中，超聲震蕩30min，在70°C的恒溫水浴中冷凝回流48h，冷卻后用500ml去離子水稀釋處理、抽濾處理至中性，烘干后得到酸化后的多壁碳納米管； 2)取酸化后的多壁碳納米管5g，分散在50ml二甲基乙酰胺中，超聲震蕩60min，得到均勻的懸浮液a ; 3)將IOOg環(huán)氧樹脂分散在300ml二甲基乙酰胺中，得到均勻的懸浮液b ; 4)將懸浮液a和懸浮液b混合,加入0.4g三苯基膦催化劑,超聲混合60min后，于100°C恒溫水浴下反應(yīng)24h，反應(yīng)結(jié)束后，用二氯甲烷洗滌、過濾，制得改性后的多壁碳納米管。
【文檔編號】G02F1/355GK103869575SQ201410095040
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】魏臻, 劉學(xué)文, 張志梅, 張岷, 張洪濤, 劉京亮, 翟韜, 宋長鵬, 尚光彬, 馬祥, 呂青蕓 申請人:天津理工大學(xué)