專(zhuān)利名稱：以pmma為基底的量子點(diǎn)光纖纖芯材料及其制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通訊材料及納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以PMMA為基底 的PbS、PbSe量子點(diǎn)均勻摻雜的光纖纖芯材料及其制備和應(yīng)用。
(二)
背景技術(shù)：
PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)是一種高度透明的無(wú)定形熱塑性聚合物，相對(duì)密度 1. 188-1. 22 (30°C /4°C )，折射率1.49，玻璃化溫度80-100。C，分解溫度〉200°C 。使用溫 度-40 8(TC。作為一種傳統(tǒng)的有機(jī)材料，由于其具有良好的通透性(在可見(jiàn)光波段透光 率達(dá)90% _92%，在紅外波段也有85% _90%的透射率)、高機(jī)械強(qiáng)度及韌性，可廣泛的應(yīng) 用于如手機(jī)保護(hù)屏材料、PC鏡片材料、液晶顯示器(LCD)材料及光纖材料等光學(xué)領(lǐng)域。以 PMMA材料為主要成分的塑料光纖相比于石英光纖具有更優(yōu)異的抗裂強(qiáng)度、耐用性和占用空 間小等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛的應(yīng)用于光纖到戶(FTTH)、工業(yè)控制和工廠自動(dòng)化、照明、裝飾、醫(yī)療及 軍事等領(lǐng)域。 量子點(diǎn)作為一種在三個(gè)維度上都是納米尺度的新型的納米材料，具有尺寸效應(yīng)、 限域效應(yīng)、庫(kù)侖阻塞效應(yīng)等特性，在生命科學(xué)、單電子器件、發(fā)光材料、激光和光通信等領(lǐng)域 有著廣闊的應(yīng)用前景。近年來(lái)，光通信在1. 2-1. 6微米波段的通訊材料和裝置方面的開(kāi)發(fā) 研究引起了人們極大的關(guān)注。而PbS和PbSe量子點(diǎn)在這一波段具有良好的、甚至是理想的 吸收和輻射譜，且在制備時(shí)可以人為控制量子點(diǎn)的尺寸，從而調(diào)控吸收峰和輻射峰的波長(zhǎng) 位置以及譜的半高全寬。這一些對(duì)于光通訊領(lǐng)域方面的應(yīng)用是非常重要的。理論上用PbS 或PbSe量子點(diǎn)摻雜均勻的光纖放大器將具有高的光增益、寬的調(diào)制帶寬和低噪聲等優(yōu)越 性能，憑借這些優(yōu)點(diǎn)量子點(diǎn)光纖放大器必將代替目前光纖通信中使用的稀土元素?fù)诫s光纖 放大器，為光纖通信的發(fā)展注入了新的生命。 雖然曾有報(bào)導(dǎo)在PMMA材料中加入Si02、 CdSe、 ZnS、 Ti02等納米粒子，以實(shí)現(xiàn)PMMA 材料的改性。但上述實(shí)驗(yàn)方案均未涉及PMMA為基底的量子點(diǎn)光纖材料制備，至今沒(méi)有人報(bào) 導(dǎo)在工藝上如何以PMMA為基底、以量子點(diǎn)為摻雜物的塑料光纖制備。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的首要技術(shù)問(wèn)題在于提供一種以PMMA為基底的PbS、PbSe量子點(diǎn)均
勻摻雜的光纖纖芯材料，一方面利用PMMA聚合物分子鏈之間的排斥作用有效防止量子點(diǎn)
的團(tuán)聚，另一方面PMMA聚合物為量子點(diǎn)提供了基體，利用PMMA聚合物優(yōu)良的可加工性、透
光性，可以制備出各種性能優(yōu)越的光學(xué)器件。 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 —種光纖纖芯材料，是以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為基底，以PbS或PbSe量子點(diǎn) 為摻雜物，所述PbS或PbSe量子點(diǎn)的摻雜方式為空間均勻摻雜，所述PbS或PbSe量子點(diǎn)的 尺寸為4nm-20nm，所述光纖纖芯材料中PbS或PbSe量子點(diǎn)的數(shù)密度為1 X 1016_1 X 1019cm—3。
本發(fā)明要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種上述光纖纖芯材料的制備方法，具體
3采用如下技術(shù)方案 —種上述光纖纖芯材料的制備方法，包括如下步驟 (1)以偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，使甲基丙烯酸甲脂(MMA)先在75-85t:的溫度條 件下強(qiáng)攪拌預(yù)聚合10-40分鐘，在預(yù)聚合的聚甲基丙烯酸甲酯達(dá)到一定的粘度后冷卻至室 溫，然后控制在40-5(TC的溫度條件下聚合5-24小時(shí)，得到聚甲基丙烯酸甲酯膠狀體；
(2)將量子點(diǎn)數(shù)密度為3 X 1016-3 X 102°cm—3，尺寸在4-20nm之間的水相PbS或PbSe 量子點(diǎn)加入到所述聚甲基丙烯酸甲酯膠狀體中，攪拌均勻使聚甲基丙烯酸甲酯膠狀體中量 子點(diǎn)數(shù)密度為lX1016-lX1019cm—3，然后將量子點(diǎn)均勻分布的聚甲基丙烯酸甲酯膠狀體再 次于40°C -S(TC的溫度條件下聚合48-72小時(shí)，即得所述光纖纖芯材料。
上述制備方法中，工藝步驟(1)主要是關(guān)于PMMA的制備流程，在該步驟中我們 用甲基丙烯酸甲脂(匿A)通過(guò)聚合反應(yīng)來(lái)制備聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)，偶氮二異丁腈 (AIBN)起到引發(fā)劑的作用；在聚合反應(yīng)過(guò)程中，如果溫度過(guò)高將會(huì)出現(xiàn)聚合反應(yīng)自動(dòng)加速 的過(guò)程，而當(dāng)反應(yīng)物具有一定粘稠度時(shí)，反應(yīng)速度過(guò)快將使反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的大氣泡無(wú)法 及時(shí)排出，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。所以我們?cè)诳刂乒に噮?shù)時(shí)一定要在較高溫度下預(yù)聚合后 進(jìn)行冷卻處理再放置在較低溫度下聚合。 在上述工藝步驟(2)中，我們采用水相中的量子點(diǎn)而非量子點(diǎn)粉末，這是由于在
水相中的量子點(diǎn)相對(duì)于量子點(diǎn)粉末更不易發(fā)生團(tuán)聚，而在PMMA的聚合反應(yīng)過(guò)程中加入少
量的水并不會(huì)影響反應(yīng)的過(guò)程及產(chǎn)品的質(zhì)量，水份將在干燥箱中被蒸發(fā)。 本發(fā)明所述的水相PbS或PbSe量子點(diǎn)可采用現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行制備，本發(fā)明具體推薦
所述的水相PbS量子點(diǎn)按照如下方法制備 ①別將等體積等濃度的0. 01-0. 15mol/L的硫化鈉溶液和硝酸鉛溶液加入到等體 積等濃度的氣溶膠正庚烷溶液中，攪拌均勻得到硫化鈉反束膠溶液和硝酸鉛反束膠溶液； 所述硫化鈉溶液或硝酸鉛溶液與氣溶膠正庚烷溶液的配比以硫化鈉或硝酸鉛與氣溶膠正 庚烷的摩爾比計(jì)為0.01 3.25 : 10 ;—般氣溶膠正庚烷溶液的濃度在lmol/L以下均可， 優(yōu)選在0. 5mol/L以下。 ②在攪拌下將硫化鈉反束膠溶液緩慢加入到硝酸鉛反束膠溶液中得到紅棕色液
體，離心分離，所得沉淀用蒸餾水進(jìn)行洗滌3-5次，最后將所得產(chǎn)物PbS量子點(diǎn)置于水中，得
到量子點(diǎn)數(shù)密度為3X 1016-3X 102°cm—3的水相PbS量子點(diǎn)。 本發(fā)明具體推薦所述的水相PbSe量子點(diǎn)按照如下方法制備 a.在室溫下用無(wú)水Na2S03及硒粉配制0. 1 0. 5mol/L的Na2SeS03溶液；將
Pb(CH3C00)2 3H20加入到水中制得0. 06 0. 24mol/L的溶液，并兌入檸檬酸三鈉溶液，控
制醋酸鉛與檸檬酸三鈉的摩爾比為1 4 : 80，同時(shí)調(diào)節(jié)此溶液的pH值為9 11 ;然后按
照Na^eS03 : Pb (CH3C00) 2的摩爾比約為1 : 1的比例在制得的醋酸鉛溶液中加入Na2SeS03
溶液配成電解液。 一般檸檬酸三鈉溶液的濃度在O. l-0.6mol/L均可。 一般采用氨水調(diào)節(jié)
醋酸鉛溶液的pH。 b.所述電解液在頻率為80-120HZ、功率為50-100W的超聲條件下，以工作電流 0. 1-0. 3mA電解5-15分鐘；電解完成后將所得溶液離心分離，所得沉淀用蒸餾水洗滌3_5 次，最后將所得PbSe量子點(diǎn)置于水中，得到量子點(diǎn)數(shù)密度為3Xl(^-3Xl(Air1的水相 PbSe量子點(diǎn)。
本發(fā)明要解決的第三個(gè)技術(shù)問(wèn)題是利用所述的光纖纖芯材料制備一種量子點(diǎn)光纖，所采用的技術(shù)方案如下一種量子點(diǎn)光纖，通過(guò)如下方法制備將所述的光纖纖芯材料加熱到150-185t:，使之變成凝膠狀；以壓差法將凝膠狀的光纖纖芯材料灌入石英毛細(xì)管中，制得制得量子點(diǎn)的數(shù)密度在1 X 1016_1 X 1019cm—3之間的量子點(diǎn)光纖。所述的石英毛細(xì)管內(nèi)徑優(yōu)選為90-140微米。 本發(fā)明所述的有益效果主要體現(xiàn)在利用該技術(shù)將新型納米材料PbS、 PbSe量子點(diǎn)摻雜到一種傳統(tǒng)的有機(jī)材料PMMA之中，由于PbS量子點(diǎn)與PbSe量子點(diǎn)在1. 2-1. 6微米這一波段具有良好的、甚至是理想的吸收和輻射譜，而以PMMA為基體，不但可以有效防止量子點(diǎn)的團(tuán)聚，而且由于PMMA材料的高通透性、高機(jī)械強(qiáng)度及韌性使得由這種材料做成的光纖有著優(yōu)越的性能。故將這種以PMMA為基底的PbS、PbSe量子點(diǎn)摻雜光纖應(yīng)用于光纖放大器時(shí)，必將使我們?cè)?. 2-1. 6微米通訊波段獲得高的光增益、寬的調(diào)制帶寬和低的噪聲。
(四)


圖1 :PbS量子點(diǎn)均勻摻雜的光纖纖芯材料；
圖2 :PbSe量子點(diǎn)均勻摻雜的光纖纖芯材料； 圖3 :PMMA為基底、PbS量子點(diǎn)摻雜的光纖纖芯材料的XRD圖譜(包含寬化背景峰)，其中橫坐標(biāo)是衍射角度，縱坐標(biāo)是相對(duì)強(qiáng)度； 圖4 :PMMA為基底、PbSe量子點(diǎn)摻雜的光纖纖芯材料的XRD圖譜(去除寬化背景峰)，其中橫坐標(biāo)是衍射角度，縱坐標(biāo)是相對(duì)強(qiáng)度。
(五)
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此 實(shí)施例1 : 將25ml甲基丙烯酸甲脂(MMA)和0. 25g偶氮二異丁腈(AIBN)混合液在75°C的溫度下預(yù)聚合15分鐘，入水急冷。再放入恒溫干燥箱中以50°C的溫度聚合16小時(shí)，得PMMA膠狀體。 分別將3ml、0. 02mol/L的硫化鈉及硝酸鉛溶液加入到50ml、0. 2mol/L的氣溶膠正庚烷溶液中，攪拌均勻后分別形成硫化鈉反束膠溶液和硝酸鉛反束膠溶液；在強(qiáng)攪拌的情況下，將硫化鈉反束膠溶液緩慢加入到硝酸鉛反束膠溶液中，溶液將由透明液體變成紅棕色液體。將得到的紅棕色液體在離心機(jī)里離心分離5-15分鐘，此時(shí)溶液將出現(xiàn)沉淀分層，其中沉淀便是PbS量子點(diǎn)，并將得到的沉淀用蒸餾水進(jìn)行離心洗滌3次，最后將PbS量子點(diǎn)置于10ml的水溶液中，得到量子點(diǎn)數(shù)密度為3. 8X 1018cm—3，平均尺寸為15nm的水相PbS量子點(diǎn)。 取2ml水相PbS量子點(diǎn)加入到PMMA膠狀體中，強(qiáng)攪拌60min。將量子點(diǎn)分布均勻的PMMA膠狀體再次放入恒溫干燥箱中以50°C的溫度聚合72小時(shí)，便得到PbS量子點(diǎn)均勻摻雜的PMMA體材料(見(jiàn)圖1)。對(duì)這種PMMA體材料進(jìn)行XRD測(cè)試，得出XRD圖譜(見(jiàn)圖2)，
從XRD圖譜中得出積分半寬高及衍射角，通過(guò)謝樂(lè)方程:Slze= F『("*COy(。計(jì)算出量子
5點(diǎn)的平均尺寸為15nm，量子點(diǎn)數(shù)密度為5X1017cm—3。 將PbS量子點(diǎn)均勻摻雜的PMMA體材料加熱到165°C ，使之變成凝膠狀，然后以壓差法將其灌入內(nèi)徑140微米的石英毛細(xì)管中，制備出量子點(diǎn)數(shù)密度為5X10"cm—3，量子點(diǎn)平均尺寸為15nm的PbS量子點(diǎn)光纖。
實(shí)施例2 : 將25ml甲基丙烯酸甲脂(MMA)和0. 25g偶氮二異丁腈(AIBN)混合液在90°C的溫度下預(yù)聚合7分鐘，入水急冷。再放入恒溫干燥箱中以50°C的溫度聚合4小時(shí)，得PMMA膠狀體。 分別將1ml、0. 02mol/L的硫化鈉及硝酸鉛溶液加入到50ml、0. 2mol/L的氣溶膠正庚烷溶液中，攪拌均勻后形成硫化鈉反束膠溶液和硝酸鉛反束膠溶液；在強(qiáng)攪拌的情況下，將硫化鈉反束膠溶液緩慢加入到硝酸鉛反束膠溶液中，溶液將由透明液體變成紅棕色液體。將得到的紅棕色液體在離心機(jī)里離心分離5-15分鐘，此時(shí)溶液將出現(xiàn)沉淀分層，其中沉淀便是PbS量子點(diǎn)，并將得到的沉淀用蒸餾水進(jìn)行離心洗滌3次，最后將PbS量子點(diǎn)置于10ml的水溶液中，得到量子點(diǎn)數(shù)密度為1. 2X 1018cm—3，平均尺寸為12nm的水相PbS量子點(diǎn)。 取2ml水相PbS量子點(diǎn)加入到PMMA膠狀體中，強(qiáng)攪拌60分鐘。將量子點(diǎn)分布均的PMMA膠狀體再次放入恒溫干燥箱中以50°C的溫度聚合54小時(shí)，便得到PbS量子點(diǎn)均勻摻雜的PMMA體材料。經(jīng)測(cè)定，所得PbS量子點(diǎn)均勻摻雜的PMMA體材料中量子點(diǎn)數(shù)密度為1. 6 X 1017cm—3，量子點(diǎn)平均尺寸為12nm。 將PbS量子點(diǎn)均勻摻雜的PMMA體材料加熱到170°C ，使之變成凝膠狀，然后以壓差法將其灌入內(nèi)徑130微米的石英毛細(xì)管中制備出量子點(diǎn)數(shù)密度為1.6X1017cm—3，量子點(diǎn)平均尺寸為12nm的PbS量子點(diǎn)光纖。
實(shí)施例3 : 將25ml甲基丙烯酸甲脂(MMA)和0. 25g偶氮二異丁腈(AIBN)混合液在75°C的溫度下預(yù)聚合10分鐘，室溫下冷卻。再放入恒溫干燥箱中以5(TC的溫度聚合24小時(shí)，得P薩膠狀體。 分別將1. 5ml、0. Olmol/L的硫化鈉及硝酸鉛溶液加入到50ml、0. lmol/L的氣溶膠正庚烷溶液中，攪拌均勻后形成硫化鈉反束膠溶液和硝酸鉛反束膠溶液；在強(qiáng)攪拌的情況下，將硫化鈉反束膠溶液緩慢加入到硝酸鉛反束膠溶液中，溶液將由透明液體變成紅棕色液體。將得到的紅棕色液體在離心機(jī)里離心分離5-15分鐘，此時(shí)溶液將出現(xiàn)沉淀分層，其中沉淀便是PbS量子點(diǎn)，并將得到的沉淀用蒸餾水進(jìn)行離心洗滌3次，最后將PbS量子點(diǎn)置于10ml的水溶液中，得到量子點(diǎn)數(shù)密度為9X 1017cm—3，平均尺寸為8nm的水相PbS量子點(diǎn)。
取2ml水相PbS量子點(diǎn)加入到PMMA膠狀體中，強(qiáng)攪拌60分鐘。將量子點(diǎn)分布均的PMMA膠狀體再次放入恒溫干燥箱中以50°C的溫度聚合72小時(shí)，便得到PbS量子點(diǎn)均勻摻雜的PMMA體材料。經(jīng)測(cè)定，所得PbS量子點(diǎn)均勻摻雜的PMMA體材料中量子點(diǎn)數(shù)密度為1. 2 X 1017cm—3，量子點(diǎn)平均尺寸為8nm。 將PbS量子點(diǎn)均勻摻雜的PMMA體材料加熱到170°C ，使之變成凝膠狀，然后以壓差法將其灌入內(nèi)徑130微米的石英毛細(xì)管中，制備出量子點(diǎn)數(shù)密度為1.2X10"cm—3，量子點(diǎn)平均尺寸為8nm的PbS量子點(diǎn)光纖。
6
實(shí)施例4 : 將25ml甲基丙烯酸甲脂(MMA)和0. 25g偶氮二異丁腈(AIBN)混合液在75°C的溫度下預(yù)聚合10分鐘，室溫下冷卻。再放入恒溫干燥箱中以5(TC的溫度聚合24小時(shí)，得P薩膠狀體。 分別將1ml、0. Olmol/L的硫化鈉及硝酸鉛溶液加入到50ml、0. 2mol/L的氣溶膠正庚烷溶液中，攪拌均勻后形成硫化鈉反束膠溶液和硝酸鉛反束膠溶液；在強(qiáng)攪拌的情況下，將硫化鈉反束膠溶液緩慢加入到硝酸鉛反束膠溶液中，溶液將由透明液體變成紅棕色液體。將得到的紅棕色液體在離心機(jī)里離心分離5-15分鐘，此時(shí)溶液將出現(xiàn)沉淀分層，其中沉淀便是PbS量子點(diǎn)，并將得到的沉淀用蒸餾水進(jìn)行離心洗滌3次，最后將PbS量子點(diǎn)置于10ml的水溶液中，得到量子點(diǎn)數(shù)密度為6X 1017cm—3，平均尺寸為5nm的水相PbS量子點(diǎn)。
取2ml水相PbS量子點(diǎn)加入到PMMA膠狀體中，強(qiáng)攪拌120分鐘。將量子點(diǎn)分布均的PMMA膠狀體再次放入恒溫干燥箱中以50°C的溫度聚合72小時(shí)，便得到PbS量子點(diǎn)均勻摻雜的PMMA體材料。經(jīng)測(cè)定，所得PbS量子點(diǎn)均勻摻雜的PMMA體材料中量子點(diǎn)數(shù)密度為8 X 1016cm—3，量子點(diǎn)平均尺寸為5nm。 將PbS量子點(diǎn)均勻摻雜的PMMA體材料加熱到175°C ，使之變成凝膠狀，然后以壓差法將其灌入內(nèi)徑130微米的石英毛細(xì)管中，制備出量子點(diǎn)數(shù)密度為8X 1016cm—3，量子點(diǎn)平均尺寸為5nm的PbS量子點(diǎn)光纖。
實(shí)施例5 : 將25ml甲基丙烯酸甲脂(MMA)和0. 23g偶氮二異丁腈(AIBN)混合液在75°C的溫度下預(yù)聚合10分鐘，室溫下冷卻。再放入恒溫干燥箱中以5(TC的溫度聚合24小時(shí)，得P薩膠狀體。 在室溫下用無(wú)水Na2S03及硒粉，配置0. lmol/L的Na2SeS03溶液50ml。然后將0. 46gPb(CH3C00)2 31120加入到10ml水中，并兌入10ml、0. 5mol/L的檸檬酸三鈉溶液以調(diào)節(jié)PH值。在Pb(CH3C00)2 31120溶液中加入10ml、0. lmol/LNa2SeS03溶液配成電解液。在一個(gè)工作頻率為120HZ、功率為100W的超聲波清洗機(jī)內(nèi)，以工作電流O. 1mA電解10min。電解完成后將所得溶液在離心機(jī)里離心分離5-15分鐘，此時(shí)溶液將出現(xiàn)沉淀分層，其中沉淀便是PbSe量子點(diǎn)，向分離出的沉淀里加入適量蒸餾水，離心洗滌3次，最后將PbSe量子點(diǎn)置于10ml的水中，得到量子點(diǎn)數(shù)密度為6X 1019cm—3，平均尺寸為20nm的水相PbSe量子點(diǎn)。
取2ml水相PbSe量子點(diǎn)加入到PMMA膠狀體中，強(qiáng)攪拌120分鐘。將量子點(diǎn)分布均的PMMA膠狀體再次放入恒溫干燥箱中以50°C的溫度聚合72小時(shí)，便得到PbSe量子點(diǎn)均勻摻雜的PMMA體材料。經(jīng)測(cè)定，所得PbSe量子點(diǎn)均勻摻雜的PMMA體材料中量子點(diǎn)數(shù)密度為8X1018cm—3，量子點(diǎn)平均尺寸為20nm。 將PbSe量子點(diǎn)均勻摻雜的PMMA體材料加熱到170°C ，使之變成凝膠狀，然后以壓差法將其灌入內(nèi)徑140微米的石英毛細(xì)管中，制備出量子點(diǎn)數(shù)密度為8X 1018cm—3，量子點(diǎn)平均尺寸為20nm的PbSe量子點(diǎn)光纖。
實(shí)施例6 : 將25ml甲基丙烯酸甲脂(MMA)和0. 23g偶氮二異丁腈(AIBN)混合液在75°C的溫度下預(yù)聚合10分鐘，室溫下冷卻。再放入恒溫干燥箱中以5(TC的溫度聚合24小時(shí)，得P薩膠狀體。
在室溫下用無(wú)水Na2S03及硒粉，配置0. lmol/L的Na2SeS03溶液50ml。然后將 0. 23gPb(CH3C00)2 *31120加入到10ml水中，并兌入6m1、0. 5mol/L的檸檬酸三鈉溶液以調(diào)節(jié) PH值。在Pb(CH3C00)2 31120溶液中加入5ml、0. lmol/L Na2SeS03溶液配成電解液。在一 個(gè)工作頻率為120HZ、功率為100W的超聲波清洗機(jī)內(nèi)，以工作電流0. 3mA電解15分鐘。電 解完成后將所得溶液在離心機(jī)里離心分離5-15分鐘，此時(shí)溶液將出現(xiàn)沉淀分層，其中沉淀 便是PbSe量子點(diǎn)，向分離出的沉淀里加入適量蒸餾水，離心洗滌3次，最后將PbSe量子點(diǎn) 置于10ml的水溶液中，得到量子點(diǎn)數(shù)密度為3X 1019cm—3，平均尺寸為15nm的水相PbS量子 點(diǎn)。 取2ml水相PbSe量子點(diǎn)加入到PMMA膠狀體中，強(qiáng)攪拌120分鐘。將量子點(diǎn)分布 均的PMMA膠狀體再次放入恒溫干燥箱中以50°C的溫度聚合72小時(shí)，便得到PbSe量子點(diǎn)均 勻摻雜的PMMA體材料。經(jīng)測(cè)定，所得PbSe量子點(diǎn)均勻摻雜的PMMA體材料中量子點(diǎn)數(shù)密度 為4X1018cm—3，量子點(diǎn)平均尺寸為15nm。 將PbSe量子點(diǎn)均勻摻雜的PMMA體材料加熱到175°C ，使之變成凝膠狀，然后以壓 差法將其灌入內(nèi)徑130微米的石英毛細(xì)管中，制備出量子點(diǎn)數(shù)密度為4X 1018cm—3，量子點(diǎn)平 均尺寸為15nm的PbSe量子點(diǎn)光纖。
權(quán)利要求
一種光纖纖芯材料，其特征在于所述光纖纖芯材料以聚甲基丙烯酸甲酯為基底，以PbS或PbSe量子點(diǎn)為摻雜物，所述PbS或PbSe量子點(diǎn)的摻雜方式為空間均勻摻雜，所述PbS或PbSe量子點(diǎn)的尺寸為4nm-20nm，所述光纖纖芯材料中PbS或PbSe量子點(diǎn)的數(shù)密度為1×1016-1×1019cm-3。
2. —種如權(quán)利要求1所述的光纖纖芯材料的制備方法，其特征在于包括如下工藝階段(1) 以偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，使甲基丙烯酸甲脂先在75-85t:的溫度條件下強(qiáng)攪拌 預(yù)聚合10-40分鐘，在預(yù)聚合的聚甲基丙烯酸甲酯達(dá)到一定的粘度后冷卻至室溫，然后控 制在40-5(TC的溫度條件下聚合5-24小時(shí)，得到聚甲基丙烯酸甲酯膠狀體；(2) 將量子點(diǎn)數(shù)密度為3X 1016-3X 102°cm—3、尺寸在4_20nm之間的水相PbS或PbSe量 子點(diǎn)加入到所述聚甲基丙烯酸甲酯膠狀體中，攪拌均勻使聚甲基丙烯酸甲酯膠狀體中量子 點(diǎn)數(shù)密度為1 X 1016-1 X 1019cm—3，然后將量子點(diǎn)均勻分布的聚甲基丙烯酸甲酯膠狀體再次 于40-5(TC的溫度條件下聚合48-72小時(shí)，即得所述光纖纖芯材料。
3. 如權(quán)利要求2所述的光纖纖芯材料的制備方法，其特征在于所述的水相PbS量子點(diǎn) 按照如下方法制備① 分別將等體積等濃度的0. 01-0. 15mol/L的硫化鈉溶液和硝酸鉛溶液加入到等體 積等濃度的氣溶膠正庚烷溶液中，攪拌均勻分別得到硫化鈉反束膠溶液和硝酸鉛反束膠溶 液；所述硫化鈉溶液或硝酸鉛溶液與氣溶膠正庚烷溶液的配比以硫化鈉或硝酸鉛與氣溶膠 正庚烷的摩爾比計(jì)為O. 01 3. 25 : 10;② 在攪拌下將硫化鈉反束膠溶液緩慢加入到硝酸鉛反束膠溶液中得到紅棕色液體，離 心分離，所得沉淀用蒸餾水進(jìn)行洗滌3-5次，最后將所得產(chǎn)物PbS量子點(diǎn)置于水中，得到量 子點(diǎn)數(shù)密度為3X 1016-3X 102°cm—3的水相PbS量子點(diǎn)。
4. 如權(quán)利要求2所述的光纖纖芯材料的制備方法，其特征在于所述的水相PbSe量子點(diǎn) 按照如下方法制備a. 在室溫下用無(wú)水Na2S03及硒粉配制0. 1 0. 5mol/L的Na2SeS03溶液；將 Pb(CH3COO)2 3H20加入到水中制得0. 06 0. 24mol/L的溶液，并兌入檸檬酸三鈉溶液，控 制醋酸鉛與檸檬酸三鈉的摩爾比為1 4 : 80，同時(shí)調(diào)節(jié)此溶液的pH值為9 ll，從而得 到醋酸鉛溶液；然后按照Na^eS03 : Pb (CH3COO)2的摩爾比約為1 : l的比例在制得的醋 酸鉛溶液中加入Na2SeS03溶液配成電解液；b. 所述電解液在在頻率為80-120HZ、功率為50-100W的超聲條件下，以工作電流 0. 1-0. 3mA電解5-15分鐘；電解完成后將所得溶液離心分離，所得沉淀用蒸餾水洗滌3_5 次，最后將所得PbSe量子點(diǎn)置于水中，得到量子點(diǎn)數(shù)密度為3Xl(^-3Xl(Air1的水相 PbSe量子點(diǎn)。
5. —種如權(quán)利要求1所述的光纖纖芯材料在量子點(diǎn)光纖制備中的應(yīng)用，其特征在于所 述的光纖通過(guò)如下方法制備將所述的光纖纖芯材料加熱到150-185t:，使之變成凝膠狀； 以壓差法將凝膠狀的光纖纖芯材料灌入石英毛細(xì)管中，制得所述的量子點(diǎn)光纖。
6. 如權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于所述的石英毛細(xì)管內(nèi)徑為90-140微米。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種以PMMA為基底的量子點(diǎn)光纖纖芯材料及其制備和應(yīng)用。所述光纖纖芯材料以PMMA為基底，以PbS或PbSe量子點(diǎn)為摻雜物，所述PbS或PbSe量子點(diǎn)的摻雜方式為空間均勻摻雜，所述PbS或PbSe量子點(diǎn)的尺寸為4nm-20nm，所述光纖纖芯材料中PbS或PbSe量子點(diǎn)的數(shù)密度為1×1016-1×1019cm-3。將所述的光纖纖芯材料加熱到150-185℃，使之變成凝膠狀；以壓差法將凝膠狀的光纖纖芯材料灌入石英毛細(xì)管中，可制得量子點(diǎn)的數(shù)密度在1×1016-1×1019cm-3之間的量子點(diǎn)光纖。本發(fā)明所述量子點(diǎn)光纖應(yīng)用于光纖放大器時(shí)，可在1.2-1.6微米通訊波段獲得高的光增益、寬的調(diào)制帶寬和低的噪聲。
文檔編號(hào)C01B19/04GK101792567SQ20101010909
公開(kāi)日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月11日
發(fā)明者嚴(yán)金華, 王若棟, 程成 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué);杭州漢克凈化設(shè)備有限公司