离子掺杂壳聚糖生物聚合物中三阶光学极化率（χ(3)）的六数量级增强与带隙工程

《Scientific Reports》：Six-order amplification of third-order optical susceptibility (χ(3)) and bandgap engineering in ion-doped chitosan biopolymers

　　# 摘要壳聚糖（CS）是一种具有生物相容性和环保特性的生物高分子，在光电应用领域前景广阔。然而，其较大的光学带隙和较低的电导率限制了其在先进光学和电子设备中的功能应用。本研究采用一种简单且低成本溶液浇铸方法，将4-硝基苯酚钠（SNP）嵌入壳聚糖基体中，以改变其结构、光学、电学及非线性光学特性。SNP逐步掺入壳聚糖结构后，导致材料向更加无定形态转变，结构无序度和局域电子态增加。因此，直接光学带隙从纯壳聚糖的5.13 eV显著降低至300 mg SNP掺杂薄膜的2.41 eV，而Urbach能量则从0.398 eV上升至0.760 eV，表明电子无序度增大。静态折射率从1.119增强至2.793，光学介电响应显著提高，说明聚合物基体内的极化和电荷重新分布程度更高。光学电阻率降低了十余个数量级至0.0012 Ω·m，方块电阻为1.4×10?? Ω/sq。此外，三阶非线性光学极化率和非线性折射率分别提高了约六个数量级，达到1.463×10?11 esu和3.168×10?1?。这些结果表明，SNP的引入有效地调控了壳聚糖的电子和光学性质，其增强的非线性光学响应表明该材料在未来非线性光学和光电技术方面具有应用潜力，包括光学开关、数据存储和光学限幅等领域。