【儀表網 儀表研發】三階非線性光學材料在光電器件、激光防護和調制整形、全光開關和全光網絡、光通訊和光存儲乃至未來光子計算機等領域，具有重要的科學意義和應用價值。傳統的無機和有機非線性光學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，限制了非線性光學和激光技術的發展。自石墨烯發現以來，二維材料以其獨特的性質吸引了研究人員的廣泛關注，二維材料的非線性光學發展成為了活躍的研究領域。
 

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

　　近日，理化所特種影像材料與技術中心研究人員與香港理工大學、山東大學和中科院國家納米科學中心合作，通過界面輔助自下而上平面配位聚合方法，結合金屬中心和石墨炔的優點，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,并發現其優越的寬波段非線性飽和吸收性能，實現了納秒脈沖被動調Q固體激光輸出。
 

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

　　香港理工大學科研人員利用界面輔助化學生長方法，通過限制二維空間中分層分子前體的空間排列可實現結構和形態控制，從而可以大面積高質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共軛的連續二維結構。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則的平面網絡晶體結構和孔洞，孔徑分別為3.31和2.15 nm，從而區別于石墨烯和本征石墨炔納米片等類似碳基二維材料。在此基礎上，理化所的研究人員證明了金屬石墨炔納米片的微觀結構，并發現其穩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；山東大學的科研人員優化了近紅外波段下的激光被動調Q特性，實現了納秒激光脈沖激光輸出，與傳統二維納米材料(如石墨烯、黑磷、MoS2、γ-石墨炔等)相當或更高。
 

　　研究表明，通過改變分子結構(如芳環、取代基、炔鍵等以及配體中的納米結構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，可調節自支撐獨立高質量納米片的化學、納米結構和宏觀形態。這種大面積連續納米片可以轉移到光學玻璃和其他基體上，并可以直接作為自支撐膜應用于光電器件。這對將來用于二維光電納米材料和器件的各種結構的設計有所幫助。這種出色的光學性能、機械加工性能以及分子尺寸的控制相結合，有利于光電子材料的設計及其在非線性光學、光限幅、光通信和光子計算機等領域的器件應用。
 

　　該研究揭示了金屬類石墨炔具有優越的非線性光學性能，可為光學領域提供一類超寬波段的非線性光學材料，并為二維材料和有機金屬配合物及網絡聚合物開辟新的研究領域和應用方向。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用前景，有望超越石墨烯，成為一類穩定和多功能的二維納米材料新家族。