氢离子辐照对PEO/Gd2O3纳米复合膜表面润湿性及光学性能的影响机制研究

本研究针对光学器件应用中聚合物基纳米复合材料性能优化需求，通过溶液浇铸法制备PEO/Gd2O3纳米复合膜，采用3×1017-9×1017 ions/cm2氢离子辐照处理，发现辐照可显著降低水接触角（85.5°→72.4°）并调控带隙能（5.6eV→5.25eV），为功能性光学材料开发提供新思路。

　　

在光学器件材料领域，聚合物基纳米复合材料的性能调控始终是研究热点。聚氧化乙烯(PEO)因其优异的成膜性和化学稳定性被广泛应用，但纯聚合物存在光学性能可调范围有限、表面特性单一等问题。而稀土氧化物纳米颗粒如氧化钆(Gd₂O₃)的加入虽能改善材料性能，却面临颗粒分散不均、界面相互作用机制不明确等挑战。更关键的是，如何通过非化学改性手段实现对材料表面特性和光学性能的精准调控，成为制约功能性光学材料发展的瓶颈问题。

为突破这些限制，研究人员开展了一项创新性研究。通过溶液浇铸法制备PEO/Gd₂O₃纳米复合膜后，采用不同剂量（3×10¹⁷、6×10¹⁷和9×10¹⁷ ions/cm²）的氢离子辐照处理材料，系统考察了辐照对材料结构特性、表面润湿性和光学性能的影响规律。该研究成果发表在《International Journal of Polymer Analysis and Characterization》上，为开发新型可调控光学器件材料提供了重要理论依据和技术参考。

研究主要采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析化学结构变化，能量色散X射线光谱(EDX)表征元素分布，接触角测量仪评估表面润湿性，紫外-可见分光光度计(UV/Vis)测定光学性能。

材料结构与成分分析
EDX结果显示C、O、Gd元素在复合材料中均匀分布，证实了纳米颗粒的良好分散性。FTIR光谱中特征峰的强度随辐照剂量增加而降低，表明氢离子辐照引发了聚合物链的断键和重组，这种结构修饰为后续性能变化奠定了基础。

表面润湿性变化
接触角测试显示，随着辐照剂量从3×10¹⁷增至9×10¹⁷ ions/cm²，水接触角从85.5°显著降至72.4°，二碘甲烷接触角从75.3°降至66.2°。这种变化源于辐照诱导的表面能增加和化学极性改变，使材料表面从疏水性向亲水性转变，显著提升了材料在光学器件中的界面相容性和涂覆性能。

光学性能调控
UV/Vis分析表明，未辐照样品的光学带隙为5.6eV，而经3×10¹⁷、6×10¹⁷和9×10¹⁷ ions/cm²辐照后，带隙能分别降至5.39eV、5.32eV和5.25eV。这种带隙能的连续可调性，使材料能够适应不同波长范围的光学器件需求，特别是在紫外-可见光区域的吸收特性调控方面展现出独特优势。

该研究证实氢离子辐照是一种有效调控PEO/Gd₂O₃纳米复合膜性能的物理方法，通过精确控制辐照剂量，可实现材料表面特性和光学性能的协同优化。这种非化学改性手段避免了传统方法可能引入的杂质问题，为开发高性能、可定制化的光学功能材料开辟了新途径。研究成果对柔性电子器件、光学传感器等领域的材料设计具有重要指导意义。