Si修飾富勒烯的構(gòu)建及其非線性光學(xué)性能的研究.pdf

1、自激光問世以來，非線性光學(xué)的研究引起了人們的廣泛關(guān)注，尋找高性能的非線性光學(xué)材料很快成為人們研究的熱點。富勒烯具有很好的π電子離域特征，理論和實驗上表現(xiàn)了一定的非線性光學(xué)性能。希望通過引入雜原子修飾富勒烯的方法，進(jìn)一步提高富勒烯的非線性光學(xué)性能。硅和碳屬同一主族，硅原子比碳原子易于極化，表現(xiàn)出更大的極化率，因此硅作為雜原子是一個很好的選擇。本論文通過理論模擬的方式，研究了硅原子在增強富勒烯的非線性光學(xué)性能上可能發(fā)揮的作用，主要內(nèi)容包括以

2、下三個部分:
　　1.硅環(huán)的非線性光學(xué)性能的增強。構(gòu)建了六個類似苯和多環(huán)芳香碳?xì)浠衔锏墓铓浠衔?，即Si6H6、Si10H8、Si14H10、Si16H10和Si24H12。這些多環(huán)硅氫化合物的非線性光學(xué)極化率比相應(yīng)的多環(huán)芳香碳?xì)浠衔镉酗@著增強，如Si10H8的三階極化率在數(shù)值上與C60相當(dāng)，Si24H12是C12H12和C60的10倍。增強的原因主要是多環(huán)硅氫化合物的線性吸收光譜相對于相應(yīng)的多環(huán)碳?xì)浠衔镉酗@著紅移，而在電子

3、離域上兩類化合物非常相似。這進(jìn)一步說明了用Si原子來增強富勒烯的非線性性能的可能性。
　　2.單Si修飾富勒烯的非線性光學(xué)性能的增強。構(gòu)建了C60C和C60Si的構(gòu)型。這兩個構(gòu)型的非線性極化率相比于富勒烯有很大的增強。比如二階非線性，C60本身有高度的Ih對稱性，二階非線性為零，因此C60引入了雜原子后，C60C和C60Si有了二階非線性，其中C60Si的二階非線性更大。再看三階非線性，C60C靜態(tài)理論計算值γ值(280.40×1

4、0-36esu)是C60的7倍之多，C60Si靜態(tài)理論計算值γ值(423.13×10-36esu)是C60的11倍之多，很明顯Si修飾后的富勒烯非線性更強。因此可以得出結(jié)論，無論是二階極化率還是三階極化率，硅原子修飾都比碳原子修飾更好增強了富勒烯的非線性光學(xué)性能。
　　3.C60C2和C60CSi非線性光學(xué)性能的增強。以理論計算的方式來研究兩個碳和兩個硅連接富勒烯以及他們相應(yīng)的非線性結(jié)構(gòu)。在理論上設(shè)計了兩個系列的分子，即C60C2

5、和C60CSi。研究表明，二階非線性中，只有碳系列的C60C2-trans1是沒有二階非線性的，其原因是該結(jié)構(gòu)對稱性太高，偶極矩為零。其余兩個系列分子相對于富勒烯非線性都有所增強。此外，從0.0到2.0ev時C60C2-cis3和C60CSi-cis3所對應(yīng)的βtot計算值，C60CSi-cis3明顯比C60C2-cis3大的多。增強的原因主要是C60CSi-cis3的躍遷能(0.4362eV)比C60C2-cis3(0.5180eV)