一种金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜及其制备方法和应用

本申请涉及一种金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜即其制备方法和应用，属于激光防护材料。

背景技术：

1、强激光技术自出现以来不断发展，广泛应用于各个领域，相应地，为了避免眼睛和光电器件受到强激光伤害，激光防护方向的研究也得到了高度重视。激光防护技术发展的基础是高性能的防护材料，只有从材料设计上有重要突破，才能逐步实现防护技术的实用化。良好的光限幅材料应满足防护带宽足够宽、输出阈值足够低、限幅阈值足够低、对弱辐射有较高的线性透过率、响应时间快和损伤阈值高等特点。其中基于非线性光学原理的光限幅技术，可以实现对弱光的低吸收、高透过和对强光的高吸收、低透过，同时兼备宽谱段、快响应等优势，因此成为实现有效激光防护的重要技术手段之一。

2、酞菁是由四个异吲哚单元组成的18π电子的大共轭体系化合物，其大共轭环结构的中心有一直径约2.7×10-10m的空腔，金属重离子等元素可在空腔位置通过共价键、配位键与酞菁的键合使其高度稳定。正是因为酞菁及其衍生物的特殊分子结构和光物理性质使得它具有限幅窗口宽、响应速度快、激发态寿命长等优良的光限幅性能。

3、二维材料因小尺寸效应、量子效应、表面效应和界面效应，使其宏观物理性质发生改变。尤其是以过渡金属硫化物为代表的二维金属半导体氧化物，因其材料结构特性和双光子吸收性质，展现出光限幅性质。然而这类材料制备成本高、重复性较差，不利于商业化发展。

技术实现思路

1、根据本申请的一个方面，提供了一种金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜，是首次利用金属有机酞菁和二维半导体材料，制备了双层薄膜结构，结合二者反饱和吸收特性和双光子吸收特性，实现了高的弱光透过率和高的光限幅性能。

2、发现酞菁衍生物是一类很好的反饱和吸收材料。复合材料的构建

3、本申请采用如下技术方案：

4、一种金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜，所述金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜包括：

5、二维半导体层和设置在二维半导体层上的金属酞菁层。

6、可选地，所述二维半导体层的材料选自g-c3n4、mos2、ws2中的至少一种。

7、可选地，所述金属酞菁层的材料选自四(4-枯基苯氧基)酞菁铅、2、3-萘酞菁铜、2,9,16,23-四叔丁基酞菁铜(ii)中的至少一种。

8、可选地，所述二维半导体层的厚度为200～800nm。

9、可选地，所述金属酞菁层的厚度为0.13～0.14mm。

10、根据本申请的另一方面，提供了一种上述金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：

11、在基片上滴涂含有所述二维半导体的水系分散液，固化形成二维半导体层；

12、在所述二维半导体层上滴涂含有所述金属酞菁的三氯甲烷溶液，固化，得到所述金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜。

13、根据本申请的另一方面，提供了一种上述金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜在作为光限幅材料在光防护领域的应用。

14、可选地，所述金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜对532nm激光的限幅阈值为90～100mj/cm2，功率密度小于1.2mw/cm2的弱光透过率超过80％。

15、可选地，所述金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜为四(4-枯基苯氧基)酞菁铅/g-c3n4双层固态复合薄膜。

16、g-c3n4作为一种光学带隙约2.4ev的非金属二维半导体材料，原材料广泛，制备简单，在光限幅领域具有一定潜力。然而，关于g-c3n4光限幅性能研究很少被报道。

17、本申请能产生的有益效果包括：

18、(1)本申请提供的金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜，相比于单一薄膜，复合薄膜在弱光透过率几乎不变，而对于脉冲宽度为10ns的532nm激光的光限幅性能得到极大改善，限幅阈值小于100mj/cm2，实现了光限幅性能的有效提升。

19、(2)本申请提供的金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜，制备成本低，易大量合成，光限幅性能好的优势，能够为高性能光限幅材料的结构设计、器件制备、实际应用等提供理论指导及实验线索，从而推动激光防护领域的进一步发展。

技术特征：

1.一种金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜，其特征在于，所述金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜包括：

2.根据权利要求1所述的金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜，其特征在于，所述二维半导体层的材料选自g-c3n4、mos2、ws2中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜，其特征在于，所述金属酞菁层的材料选自四(4-枯基苯氧基)酞菁铅、2、3-萘酞菁铜、2,9,16,23-四叔丁基酞菁铜(ii)中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜，其特征在于，所述二维半导体层的厚度为200～800nm。

5.根据权利要求1所述的金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜，其特征在于，所述金属酞菁层的厚度为0.13～0.14mm。

6.权利要求1至5任一项所述金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.权利要求1至5任一项所述金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜在作为光限幅材料在光防护领域的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜对532nm激光的限幅阈值为90～100mj/cm2，功率密度小于1.2mw/cm2的弱光透过率超过80％。

技术总结本申请公开了一种金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜，所述金属酞菁/二维半导体双层固态复合薄膜包括：二维半导体层和设置在二维半导体层上的金属酞菁层。本申请的技术方案是通过调控二维半导体薄膜厚度，在保持弱光透过率几乎不变基础上，提升光限幅性能的固态双层复合薄膜构建方法。Z‑扫描测试和紫外可见吸收光谱测试表明，制备的复合薄膜对脉冲宽度为10ns的532nm激光展现出小于100mJ/cm<supgt;2</supgt;的限幅阈值，对532nm光的弱光透过率超过80％。本申请复合薄膜作为光限幅材料在光防护领域具有潜在的应用价值，为制备高性能的光限幅材料打下了良好的基础。技术研发人员：丛璐佳,张珊,任艳东,高春岳受保护的技术使用者：大庆师范学院技术研发日：技术公布日：2024/6/11