【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】三階非線性光學(xué)材料在光電器件、激光防護和調(diào)制整形、全光開關(guān)和全光網(wǎng)絡(luò)、光通訊和光存儲乃至未來光子計算機等領(lǐng)域，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。傳統(tǒng)的無機和有機非線性光學(xué)材料存在主要集中于可見光波段、損傷閾值低等性能缺陷，且難于進行器件化實用，限制了非線性光學(xué)和激光技術(shù)的發(fā)展。自石墨烯發(fā)現(xiàn)以來，二維材料以其獨特的性質(zhì)吸引了研究人員的廣泛關(guān)注，二維材料的非線性光學(xué)發(fā)展成為了活躍的研究領(lǐng)域。
 

　　近年來，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所院光化學(xué)轉(zhuǎn)換與功能材料重點實驗室特種影像材料與技術(shù)中心系統(tǒng)開展了無機和有機平面二維非線性光學(xué)材料的系列研究
 

　　近日，理化所特種影像材料與技術(shù)中心研究人員與香港理工大學(xué)、山東大學(xué)和中科院國家納米科學(xué)中心合作，通過界面輔助自下而上平面配位聚合方法，結(jié)合金屬中心和石墨炔的優(yōu)點，實驗制備出兩種獨立的大面積自支撐二維金屬汞化石墨炔納米片,并發(fā)現(xiàn)其優(yōu)越的寬波段非線性飽和吸收性能，實現(xiàn)了納秒脈沖被動調(diào)Q固體激光輸出。
 

　　相關(guān)研究成果以Metallated Graphynes as a New Class of Photofunctional 2D Organometallic Nanosheets為題，發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition上。香港理工大學(xué)博士許林利、理化所博士孫繼斌、山東大學(xué)研究生唐天鴻和香港理工大學(xué)博士后張紅陽為論文共同第一作者。香港理工大學(xué)教授黃維揚、理化所項目研究員謝政和山東大學(xué)教授王正平為論文的共同通訊作者。
 

　　香港理工大學(xué)科研人員利用界面輔助化學(xué)生長方法，通過限制二維空間中分層分子前體的空間排列可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)和形態(tài)控制，從而可以大面積高質(zhì)量地生長金屬石墨炔納米片。實驗證明，這類新型納米片具有低表面粗糙度、可控制的形貌及厚度和增強的π共軛的連續(xù)二維結(jié)構(gòu)。理化所和國家納米中心的研究人員通過理論計算和實測，表明這種金屬富碳石墨炔納米片具有規(guī)則的平面網(wǎng)絡(luò)晶體結(jié)構(gòu)和孔洞，孔徑分別為3.31和2.15 nm，從而區(qū)別于石墨烯和本征石墨炔納米片等類似碳基二維材料。在此基礎(chǔ)上，理化所的研究人員證明了金屬石墨炔納米片的微觀結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)其穩(wěn)定出色的寬帶非線性飽和吸收特性(532 nm和1064 nm)和很高的損傷閾值；山東大學(xué)的科研人員優(yōu)化了近紅外波段下的激光被動調(diào)Q特性，實現(xiàn)了納秒激光脈沖激光輸出，與傳統(tǒng)二維納米材料(如石墨烯、黑磷、MoS2、γ-石墨炔等)相當或更高。
 

　　研究表明，通過改變分子結(jié)構(gòu)(如芳環(huán)、取代基、炔鍵等以及配體中的納米結(jié)構(gòu)和官能團以及金屬中心等)，配位聚合前體的濃度和制備條件，可調(diào)節(jié)自支撐獨立高質(zhì)量納米片的化學(xué)、納米結(jié)構(gòu)和宏觀形態(tài)。這種大面積連續(xù)納米片可以轉(zhuǎn)移到光學(xué)玻璃和其他基體上，并可以直接作為自支撐膜應(yīng)用于光電器件。這對將來用于二維光電納米材料和器件的各種結(jié)構(gòu)的設(shè)計有所幫助。這種出色的光學(xué)性能、機械加工性能以及分子尺寸的控制相結(jié)合，有利于光電子材料的設(shè)計及其在非線性光學(xué)、光限幅、光通信和光子計算機等領(lǐng)域的器件應(yīng)用。
 

　　該研究揭示了金屬類石墨炔具有優(yōu)越的非線性光學(xué)性能，可為光學(xué)領(lǐng)域提供一類超寬波段的非線性光學(xué)材料，并為二維材料和有機金屬配合物及網(wǎng)絡(luò)聚合物開辟新的研究領(lǐng)域和應(yīng)用方向。該工作揭示了二維金屬富碳石墨炔納米材料具有獨特的性能和應(yīng)用前景，有望超越石墨烯，成為一類穩(wěn)定和多功能的二維納米材料新家族。