PMMA AgRB 复合材料制备及光学性质的研究

PMMA AgRB 复合材料制备及光学性质的研究
王燕 , 孙友谊 , 刘亚青 , 赵贵哲, 张记龙, 时华
(11 中北大学材料科学与工程学院, 山西省高分子复合材料工程中心, 山西太原030051 ; 21 中北大学光电信息技术研究所, 山西太原030051 ; 31 中北大学图书馆, 山西太原030051)
摘　要: 为了研究纳米银对染料光学性质的影响, 通过共混法制备得到RodamineB/ PMMA/ Ag 复合材料, 采用紫 外- 可见吸收光谱和透射电镜等测试方法对其结构进行分析, 结果说明通过控制纳米银的结构与制备条件, 可以获 得均匀分散的纳米银掺杂聚合物的复合材料; 进一步采用荧光与m 线法测试, 对其发光学性质与平面波导性质进 行表征, 结果表明, 通过掺杂纳米银能有效地增强固体薄膜中染料荧光强度, 并可望被应用于平面光波导材料中。
关键词: 纳米银; 染料; 聚合物; 光学性质
中图分类号: O625112 文献标识码: A 文章编号: 167128151 (2009) 0420374205
Study on Preparation and Optical Property of PMMA/ Ag/ RB Composite
WANG Yan , SUN You2yi , LIU Ya2qing , et al.
( Col lege of Materials S cience and Engineering , N orth Uni versi t y of China , Research Center f or Engineering Tech2 nology of Pol ymeric Composi tes of S hanx i Province , Tai y uan S hanx i 030051 , China)
Abstract : In this paper , Rodamine B/ PMMA/ Ag composites have been prepared by blending. The st ructure has been characterized by UV2Vis absorption spect roscopy and TEM. The composites with homogeneously dispersed nano2Ag doped polymer had been obtained by cont rolling the st ructure of nano2Ag and preparation conditions. Furthermore , the luminescent and planar waveguide properties of composites have been tested by fluorescence and m2line method. The result s indicated that the dye fluorescent st rength of solid film had been enhanced effectively.
Key words : Nano2Ag ; Dye ; Polymer ; Optical property
有机染料分子由于其π- π3 跃迁, 有较大的 吸收和受激发射截面, 是高强度脉冲光放大的理 想掺杂激活物质[1 ] , 其掺杂的聚合物被广泛地用 做固体染料激光器的增益介质或平面波导[ 2～6 ] 。 有关染料掺杂聚合物光纤的光放大在1993 年就有 报道, 所使用的光纤是梯度型, 在591 nm 波长 处获得了27 dB 的高增益[3 ] 。PMMA 聚合物因为 低的折射率, 低吸收系数及容易可控聚合而被广 泛应用于光学材料中[7 ] 。对于PMMA/ 染料复合 材料, 想要获得更高的增益或更好的光波导, 必 须提高其荧光性质, 而对于染料掺杂PMMA , 当 提高浓度的时候, 因为容易聚集而影响其荧光性 质的提高; 另外因为PMMA 低折射率也不利于 形成光波导。
已有很多文献报道了纳米贵重粒子可以对染 料分子荧光有增强或淬灭效应[8～11 ] 。这些工作主 要是集中在纳米粒子的尺寸或形状对不同结构的 染料分子溶液荧光性质的研究。而本文主要探讨 了纳米银对这些染料在PMMA 固体中的荧光性 质的影响, 以期待获得更高的增益或提高光传导 能力, 将在光放大和平面光波导方面具有一定的 研究与应用价值。
1 实验材料与方法
1.1 巯基乙醇双丙烯酯合成
将巯基乙醇与四氢呋喃(12 mL/ 30 mL) 混 合加入到100 mL 三口烧瓶中, 在冰水浴中, 搅 拌下滴加30 mL 丙烯酰氯, 保持在0～5 ℃温度 下反应8 h , 而后蒸馏出四氢呋喃。用冰水与碳 酸氢钠水溶液洗涤剩下的溶液至中性, 再用无水 禁药萃取分液得到油相, 干燥此油相, 最后蒸馏 去无水禁药得到产物。
1.2 纳米银制备
取38 mg 硝酸银溶于10 mL 水溶液中, 倒于 250 mL 烧杯中, 并加入175 mL 巯基乙醇双丙烯 酯丙酮溶液(含巯基乙醇双丙烯醋016 mL) , 在 室温下搅拌15 min 混合均匀。再于搅拌状态与 25 ℃条件下, 滴加15 mL 的硼氢化钠溶液(2107 g ·L - 1 ) , 约一个小时滴加完毕, 并继续搅拌反 应2 h 停止反应。离心此样品(8 000 r ·min - 1 , 10 min) , 并用混合溶液分散再离心, 重复三次后 得到最终黑色纳米粉末, 并溶解于丙酮溶液中待 用。
1.3 PMMA/ RB/ Ag 薄膜复合材料制备
在这里我们通过共混法制备RodamineB/ PM2 MA/ Ag 复合材料: 纳米银、PMMA 和Rodam2 ineB 环戊酮溶液混合, 超声分散, 而后滴加到石 英基片上, 常温干燥即可。具体配方如表1 。

1.4 样品测试
巯基乙醇双丙烯酯的F TIR 谱是在Bruker 公 司的VECTOR222 红外谱仪上测试。纳米银的形 貌尺寸分析与等离子吸收是分别在日本日立公司 的H2800 与美国热