自旋涂覆法制备氯化铁(III)四苯基卟啉薄膜的厚度依赖性光学性能研究及其在光电器件中的应用

本文系统研究了自旋涂覆(spin coating)法制备的氯化铁(III)四苯基卟啉(FeTPPCl)薄膜（90-480 nm）的厚度依赖性结构特征与光学性能。通过XRD、SEM、拉曼光谱等技术证实，增加厚度可显著提升结晶度（晶粒尺寸从23.09增至50.18 nm），降低Urbach能量(EU)，并引起吸收红移和带隙窄化。研究还发现厚度可调控三阶非线性极化率(χ(3))、非线性折射率(n2)等参数，为有机光电器件设计提供重要依据。

　　

Highlight

本研究首次揭示了自旋涂覆(spin coating)制备的氯化铁(III)四苯基卟啉(FeTPPCl)薄膜（90-480 nm）中，厚度如何像"光学调谐旋钮"般精准调控其性能：

Structural characteristic

XRD图谱显示，随着厚度增加，薄膜从"支离破碎"（90 nm时晶粒尺寸仅23 nm）蜕变为"秩序井然"（480 nm时晶粒达50.18 nm）的叶状结构。就像拼图逐渐完整，(002)晶面衍射峰强度提升3.5倍，昭示着结晶度的华丽升级。

Optical bandgap engineering

UV-Vis谱图上演着"红移进行曲"：吸收边随着厚度增加而系统性红移，直接带隙从2.48 eV（90 nm）滑降至2.35 eV（480 nm）。Urbach能量(E_U)的降低，则像消除"电子路障"般减少了局域态密度。

Nonlinear optical performance

最令人振奋的是，480 nm薄膜展现出"光学超能力"：三阶非线性极化率(χ⁽³⁾)高达3.71×10^-12 esu，非线性折射率(n₂)达2.45×10^-9 cm²/W，这些数值比热蒸发法制备的同类薄膜高出1个数量级，宛如为非线性光学器件打开了"性能宝库"。

Conclusions

这项研究不仅破解了厚度影响溶液加工FeTPPCl薄膜的"结构-性能密码"，更通过精准调控厚度，实现了从"无序碎片"到"光学利器"的蜕变，为柔性光电子器件设计提供了全新的材料解决方案。