Zn?.??Cd?.??O纳米粒子掺杂PVA/PVP共混薄膜的结构与光学性能研究

《Scientific Reports》：Structural and optical properties of PVA/PVP polymer blend nanocomposite membrane reinforced with Zn0.08Cd0.92O nanoparticles for potential flexible optoelectronic applications

　　

摘要

通过溶液浇铸法制备了掺入浓度为 0.3 至 2.0 wt% 的 Zn_0.08Cd_0.92O 纳米粒子的 PVA/PVP 聚合物共混纳米复合薄膜。利用 X 射线衍射、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜和紫外 - 可见光谱系统地研究了所制备薄膜的结构、形貌和光学性能。衍射分析确认了纯 PVA/PVP 共混物的非晶特性，并揭示随着填料含量的增加，立方相 Zn_0.08Cd_0.92O 晶相逐渐显现。晶粒尺寸从 0.7 wt% 时的 38.1 nm 逐渐减小至 2.0 wt% 时的 32.6 nm，伴随着位错密度和晶格应变的相应增加，表明在高负载下结构畸变加剧。红外光谱通过氢键和表面配位相互作用确认了纳米粒子与聚合物基体之间的化学相容性。电子显微镜显示，低填料浓度产生了光滑、均匀的薄膜，而较高浓度则导致表面粗糙化和纳米粒子的局部聚集，但未损害薄膜的完整性。光学分析表明吸收边发生系统性红移，直接（从 5.27 降至 5.23 eV）和间接（从 5.10 降至 4.97 eV）光学带隙均减小，而乌尔巴赫能量从 0.48 增加至 0.60 eV，表明局域化带尾态的增长，这与衍射所观察到的结构无序一致。折射率、色散能、振子强度和光学易度均随填料负载量的增加而增强，折射率从 1.88 上升至 2.70，估算的三阶非线性易度从 2.91 × 10^?13 增至 108.61 × 10^?13 esu。这些光学特性表明 PVA/PVP/Zn_0.08Cd_0.92O 纳米复合薄膜在光学涂层和柔性光电子应用方面的潜力。