对先进光子学和光电技术的需求不断增加，激发了人们对具有可调光学性质的聚合物基薄膜的深入研究。由于成本低、机械柔韧性好、重量轻且易于加工，聚合物纳米复合材料已成为光学滤波器、平面波导、抗反射涂层、柔性光电探测器以及光电设备中的介电层等应用的有希望的候选材料[[1], [2], [3]]。特别是通过旋涂法制备的溶液处理聚合物薄膜能够实现精确的厚度控制和大面积均匀性，这对于光学设备的集成至关重要。
聚合物共混是一种有效的策略，可以调整单一组分系统无法实现的光学、机械和结构性能。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）以其高光学透明度、化学稳定性和优异的机械强度而广为人知，适用于光学和光子学应用[1,4,5]。另一方面，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）具有强极性、优异的溶解性和与各种纳米填料的良好相互作用，从而提高了分散稳定性和聚合物基质内的界面兼容性[[6], [7], [8]]。因此，PMMA/PVP共混体提供了一个协同平台，结合了光学透明度和增强的分子间相互作用，形成了均匀且光学稳定的薄膜[9,10]。
近年来，基于碳的纳米填料因能够改变化学基质的光学响应而受到广泛关注。诸如石墨烯、碳纳米管（CNTs）及其混合物等纳米材料表现出可调的电子结构、高的载流子迁移率以及与聚合物链的强π-π相互作用。其中，掺有碳纳米管的石墨烯（CntG）提供了一种混合架构，将石墨烯的二维电子特性与CNTs的一维导电路径结合在一起，当嵌入聚合物基质中时，可提高界面极化和修改电子态[2,3]。因此，将CntG掺入PMMA/PVP混合物中预计会显著影响光学吸收行为、折射率和与带结构相关的参数。
光学带隙是控制光子吸收、电子跃迁和载流子激发过程的关键参数，因此直接决定了材料是否适用于光电设备和光子设备，如紫外-可见光光电探测器、光波导和介电涂层[11,12]。在聚合物纳米复合材料中，光学带隙对填料含量、分散质量和聚合物-填料相互作用特别敏感，这些因素可能会引入局域态、带尾宽化和结构无序。
已经提出了几种从光谱数据估计光学带隙的分析方法，包括Tauc法、吸收光谱拟合（ASF）、Kubelka-Munk（K-M）变换、基于导数的技术和基于介电损耗的分析[[1], [2], [3], [4],[13], [14], [15], [16], [17], [18]]。每种方法基于不同的物理假设，具有特定的优势和局限性。Tauc法被广泛使用，但需要预先知道跃迁类型和准确的厚度值，这在异质聚合物系统中可能会引入不确定性。ASF和K-M方法减少了厚度依赖性，适用于薄膜；然而，它们依赖于外推程序，可能导致主观解释。基于导数的方法消除了与外推相关的不确定性，并提高了对吸收边缘特征的敏感性，尽管它们可能会放大实验噪声。基于介电的方法通过将电子跃迁与介电响应相关联提供了补充见解，但它们受到界面极化和填料引起的介电异质性的影响[3,[19], [20], [21]]。
除了光学带隙之外，Urbach能量也是指示纳米填料掺入引起的局域态、结构无序和带尾形成的重要指标。Urbach能量的变化反映了缺陷密度和电子无序的变化，这些变化强烈影响带边缘附近的光学吸收[6,9]。
在这项研究中，通过调整CntG含量，系统地研究了通过旋涂法制备的PMMA/PVP/CntG纳米复合薄膜中的光学带隙变化。为此，使用UV-Vis吸收和反射光谱数据全面比较了六种带隙估计方法（Tauc、Kubelka-Munk、ASF、DM和基于介电损耗的方法）的结果。还研究了薄膜厚度对光学带隙的影响。与文献中常用的ASF程序不同，提出了一种简化且更实用的方法来确定光学带隙。使用两种独立方法（基于吸收系数和直接从吸收数据）计算了纳米复合材料的Urbach能量。此外，还计算了PMMA/PVP/CntG薄膜的关键光学参数，如吸收系数α、消光系数k、吸收边缘、折射率n和介电常数ε，以阐明CntG掺入对其光学行为的影响。据我们所知，之前尚未有过对PMMA/PVP/CntG纳米复合材料的光学带隙进行如此全面的调查。
