二硒化钼/石墨烯复合材料的非线性光学性质

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.230283

摘要/Abstract

摘要：

采用溶剂热法合成了二硒化钼/石墨烯（MoSe₂/rGO）复合材料，进一步通过滴涂法制备了二硒化钼/石墨烯/聚乙烯醇（MoSe₂/rGO/PVA）薄膜。通过X射线衍射仪（XRD）、激光拉曼光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱仪（XPS）和紫外可见分光光度计（UV-Vis）对MoSe₂/rGO复合材料和薄膜材料的结构、形貌、成分和吸收特性进行分析。采用Z-扫描技术，在激光光源为1064和532 nm，脉冲宽度为4 ns条件下，研究了MoSe₂/rGO溶液和薄膜的三阶非线性光学（NLO）性质。结果表明，MoSe₂/rGO/PVA薄膜的三阶NLO性质明显高于MoSe₂溶液、MoSe₂/rGO溶液和MoSe₂/PVA薄膜。在入射能量25 μJ，激发波长532 nm条件下，MoSe₂/rGO/PVA薄膜材料显示了更大的非线性吸收系数。本工作为过渡金属硫族化合物/石墨烯复合材料在光限幅和激光锁模中的应用奠定基础。

关键词: 非线性光学性质, 二硒化钼/石墨烯复合材料, 薄膜, Z-扫描

Abstract:

Molybdenum diselenide/graphene （MoSe₂/rGO） composite was synthesized by a facile solvothermal reaction， and the molybdenum diselenide/graphene/polyvinyl alcohol（MoSe₂/rGO/PVA） film was further prepared by simple drop casting technique. The structure， morphology， component and absorption characteristics of MoSe₂/rGO composite were analyzed by X-ray diffraction， raman spectra， fourier transform infrared spectrometry， transmission electron microscope， X-ray photoelectron spectrometer and ultraviolet visible spectrophotometer. The third order nonlinear optical （NLO） properties of MoSe₂/rGO solution and film were investigated using the Z-scan technique at 1064 and 532 nm with 4 ns laser pulses. The results demonstrate that the third order NLO properties of MoSe₂/rGO/PVA film was larger than that of the MoSe₂solution， MoSe₂/rGO solution and MoSe₂film. The MoSe₂/rGO/PVA film exhibits much larger nonlinear absorption coefficient with incident energy of 25 μJ at 532 nm. The results pave the way for the application of transition metal dichalcogenides/graphene composite in the optical limiting and laser mode-locking.

Key words: Nonlinear optical properties, Molybdenum diselenide/graphene composite, Film, Z-scan

中图分类号:

O611.6

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图/表 9

图1 MoSe2/rGO/PVA薄膜的示意图

Fig.1 Schematic illustration of the MoSe2/rGO/PVA film

图2 （A、B） MoSe2和（C、D） MoSe2/rGO复合材料的TEM图像

Fig.2 TEM images of （A， B） MoSe2 and （C， D） MoSe2/rGO composite

图3 GO、MoSe2和MoSe2/rGO复合材料的XRD谱图

Fig.3 XRD patterns of GO， MoSe2 and MoSe2/rGO composite

图4 GO、MoSe2和MoSe2/rGO的拉曼光谱

Fig.4 Raman spectra of GO， MoSe2 and MoSe2/rGO composite

图5 GO、MoSe2/rGO、MoSe2/PVA和MoSe2/rGO/PVA的FT-IR谱图

Fig.5 FT-IR spectra of GO， MoSe2/rGO， MoSe2/PVA and MoSe2/rGO/PVA

图6 MoSe2/rGO复合材料的（A） XPS全谱，（B） Se3d、（C） Mo3d；（D） GO和MoSe2/rGO复合材料的高分辨率C1s XPS谱

Fig.6 XPS spectra of （A） survey spectrum，（B） Se3d and （C） Mo3d in MoSe2/rGO composite；（D） The high-resolution C1s XPS spectra of GO and MoSe2/rGO composite

图7 MoSe2、MoSe2/rGO、GO、MoSe2/PVA和MoSe2/rGO/PVA紫外-可见吸收光谱

Fig.7 UV-Vis spectra of MoSe2， MoSe2/rGO， GO， MoSe2/PVA and MoSe2/rGO/PVA

图8 MoSe2和MoSe2/rGO复合材料在532和1064 nm不同输入能量下的开孔Z-扫描曲线

Fig.8 Open aperture Z-scan curves of MoSe2 and MoSe2/rGO composite excited by the different input energies at 532 and 1064 nm

图9 MoSe2/PVA和MoSe2/rGO/PVA薄膜在532和1064 nm不同入射能量激发下的开孔Z-扫描曲线

Fig.9 Open aperture Z-scan curves of MoSe2/PVA and MoSe2/rGO/PVA films excited by the different input energies at 532 and 1064 nm

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