本发明公开了一种具有超快弛豫时间的Ca-2CuO-3纳米片的制备方法和应用,属于非线性光学材料制备领域。其是以Ca(NO-3)-2·4H-2O、Cu(NO-3)-2·3H-2O和C-6H-8O-7·H-2O为原料,加入二乙二醇单丁醚进行超声搅拌溶解后,先后经水浴搅拌、油浴搅拌后进行蒸干,再将所得物质研磨成细粉后进行烧结,以得到块体粉末Ca-2CuO-3,最后将所得块体粉末Ca-2CuO-3加入乙醇进行球磨,而得到含Ca-2CuO-3纳米片的悬浮液。本发明制备工艺简单,操作可控性强,所得产品厚度尺寸较小,且经测试,所得Ca-2CuO-3纳米片具有较大的三阶非线性系数和超快的载流子弛豫时间,对光子学和光电子学的发展具有重大意义。