胺基酸非線性光學材料成核及生長微觀特性的研究

《胺基酸非線性光學材料成核及生長微觀特性的研究》是依託濟南大學，由劉曉靜擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：胺基酸非線性光學材料成核及生長微觀特性的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉曉靜
• 依託單位：濟南大學

項目摘要

胺基酸晶體是具有特色的新型非線性光學材料，成為國際上重要的研究領域。本項目圍繞胺基酸晶體成核及生長微觀特性進行研究：探索流體相、結晶相的界面行為，尋找影響成核及生長過程的熱力學、動力學和統計物理的規律，揭示多元耦合物理場作用下相變界面的結構特徵、溶液穩定性、材料性能等因素與成核及生長機制的內在聯繫及其與外界條件相互作用的規律。對胺基酸非線性光學材料的結構進行理論計算模擬和合成設計，從微觀角度考察結晶過程中胺基酸分子間的相互作用，研究分子在表面發生化學反應時，原子分子的能量和作用力、非線性光學效應的微觀起源及其機制，進而對一些典型非線性光學材料的合成路線提出分子設計思路。

結題摘要

胺基酸晶體是具有特色的新型非線性光學材料，成為當前國內外關注的研究主題。我們基於對胺基酸晶體材料的研究積累並結合本領域的研究進展，抓住具有重要基礎科學意義的研究課題，採用理論分析、數值模擬並結合實驗的方法展開研究。具體工作包括：①開展了胺基酸晶體溶液成核試驗的研究，探討了外界條件（pH值、溫度、濕度、溶液濃度和過飽和比）與成核生長的內在關係，獲得了溶液成核的熱、動力學關鍵數據包括臨界成核功、晶核臨界半徑、二維核鋪展速度、台階動力學係數、台階邊界的自由能等基礎數據；②藉助原子力顯微鏡的實時原位掃描技術，實時觀測了胺基酸晶體的成核過程，發現最小尺寸晶核（準臨界晶核）的大小與經典理論預測的計算值較為接近，但其形狀並非理論預測的圓形而是呈現橢圓形狀並表現為明顯的各向異性生長。研究結果表明若兩個反方向旋轉的螺位錯間距大於兩倍的臨界晶核半徑時，生長丘的相遇可組成封閉型的台階。隨著過飽和度的增加，台階的邊緣位置成為二維核優先選擇的位置，但不可避免地會伴隨有一些缺陷的產生；③從微觀角度探討了胺基酸晶體材料的非線性光學性能與內部微觀分子結構、電子結構的依賴性關係，發現氫鍵在晶體構建中起了重要作用，通過合理利用晶體分子的性質，增強分子內電荷轉移程度, 可以大大改善晶體分子的二階非線性光學回響，提高其非線性光學性能。總之，通過一年的項目研究，展開了胺基酸非線性光學材料成核及生長微觀特性的研究，鍛鍊培養了一支研究隊伍。作為項目的延伸，我們將集中精力在結晶成核過程的最佳化控制、動態過程的可視化監測、結晶動力學參數的定量測量、晶體質量的最佳化等方面，繼續開展具有創新性的科學研究探索工作。