光功能高分子材料

1、'光功能高分子材料吸收、儲存、轉(zhuǎn)換的一類高分 光致變色材料、光降解材料及光功能高分子材料是指能夠?qū)膺M(jìn)行傳輸、 子材料。這類高分子材料主要包括感光性樹脂、 光導(dǎo)纖維。感光性樹脂是在光的作用下能迅速發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，引起物理和化學(xué)變化 的高分子。這類樹脂在吸收光能量后使分子內(nèi)或分子間產(chǎn)生化學(xué)的或結(jié)構(gòu)的變 化。吸收光的過程可由具 有感光基團(tuán)的高分子本身來完成，也可由加入感光材料 中的感光性化合物（光敏劑）吸收光能后引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)來完成。感光性樹脂在印 刷布線、孔板制造、集成電路和電子器件加工、精密機(jī)械加工及復(fù)印、照相 等方面的應(yīng)用愈來愈廣泛。含有光色基團(tuán)的化合物受一定波長的光照射時發(fā)生顏 色

2、變化，而在另一波長的光或熱的作用下又恢復(fù)到原來的顏色，這種可逆的變色現(xiàn)象稱為光色互變或光致變色。已經(jīng)知道，硫代縮胺基脲衍生物與汞（Hg）能生 成有色絡(luò)合物，是化學(xué)分析上應(yīng)用的靈敏顯色劑。在聚丙烯酸類高分子側(cè)鏈上引 入這種硫代縮胺基脲汞的基團(tuán)，則在光照時由于發(fā)生了氫原子轉(zhuǎn)移的互變異構(gòu)，景疋發(fā)生變色現(xiàn)象。迄今為止，光致變色高分子的應(yīng)用開發(fā)工作尚處在起步階段 ， 但其應(yīng)用前景是十分誘人的。光致變色材料在全息記錄介質(zhì)、計算機(jī)記憶元件、 信號顯示系統(tǒng)、 感光材料等方面有廣泛的應(yīng)用。例如，可作為窗玻璃或窗簾的 涂層，從而調(diào)節(jié)室內(nèi)光線；可作為護(hù)目鏡從而防止陽光、 激光以及電焊閃光等的 傷害；在軍事上，可作為

3、偽裝隱蔽色或密寫信息材料；還可作為高密度信息存儲 的可逆存儲介質(zhì)等。我國已把光致變色材料列入863高科技計劃，國內(nèi)一些單位已相繼開展這方面的工作并已取得可喜的成果。為了解決高分子廢棄物所造成的公害，研究了用時穩(wěn)定，不用時在陽光暴曬下能發(fā)生降解的光降解高分子。 要 實現(xiàn)這種光降解，一是直接合成能被光降解的高分子；另一種方法是加入能促進(jìn) 降解的試劑。在聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯中加入0105 %的光降解劑（如乙醛基水楊酸的鐵、錳、銅鹽），約經(jīng)100h ,這些聚合物就發(fā)生降解。又如將塑料浸入5 %10 %的三氯丙酮或六氯丙酮的丙酮溶液中，浸30s后，再在室外暴曬 23天，即失去強(qiáng)度，一碰就碎。光降解材

4、料主要可應(yīng)用于兩個方面 ，一是包 裝材料，二是農(nóng)業(yè)應(yīng)用薄膜。第五章光功能高分子材料1954年，美國柯達(dá)公司的Minsk等人開發(fā)出光功能高分子聚乙烯醇肉桂酸酯，并成功應(yīng)用于印刷制版應(yīng)用領(lǐng)域已從電子，印刷，精細(xì)化工等領(lǐng)域擴(kuò)大到塑料，纖維，醫(yī)療，生化和農(nóng)業(yè)等方面，發(fā)展之勢方興未艾.概述光敏涂料光致抗蝕劑光致變色高分子材料主要內(nèi)容光導(dǎo)電高分子材料5.1概述光功能高分子：也稱感光性高分子，指在吸收了光能后，能在分子內(nèi)或分子間產(chǎn)生化學(xué)，物理變 化的一類功能高分子材料.這種變化發(fā)生后，材料將輸出其特有的功能.1, 光功能高分子材料及其分類按作用機(jī)理光物理材料光化學(xué)材料光導(dǎo)電材料：光電轉(zhuǎn)換材料光能儲存材料光記

5、錄材料光致變色材料光致抗蝕材料光檢測元件，光電子器件，靜電復(fù)印，激光打印聚合物型光電池按其輸出功能，感光性高分子包括研究最成熟，最有實用價值，包括光刻膠，光固化粘合劑，感光油墨，感光涂料2, 光化學(xué)反應(yīng)原理光是一種電磁波，在一定波長和頻率范圍內(nèi)，它能引起人們的視覺，這部分光稱為可見光.廣義 的光還包括不能為人的肉眼所看見的微波，紅外線，紫外線，X射線和丫射線等.光具有波粒二相性.微粒性：光有量子化的能量，不連續(xù)波動性：有干涉，衍射和偏振等現(xiàn)象，具有波長和頻率光化學(xué)：研究電子激發(fā)態(tài)的原子，分子的結(jié)構(gòu)及其物理化學(xué)性質(zhì)的科學(xué).光化學(xué)反應(yīng)：物質(zhì)由于光的作用引起的化學(xué)反應(yīng).Grotthus-Draper

6、定律：只有被分子吸收的光才可以引起光化學(xué)變化.Stark-Einstein定律 :一個分子在吸收一個光子后即生成電子激發(fā)態(tài).激發(fā)態(tài)的衰減：一個激發(fā)到較高能態(tài)的分子是不穩(wěn)定的，除了發(fā)生化學(xué)反應(yīng)外，它還將竭力盡快采取不同的方式自動地放出能量，回到基態(tài).(b)(c)(d)電子狀態(tài)之間的非輻射轉(zhuǎn)變，放出熱能；電子狀態(tài)之間輻射轉(zhuǎn)變，放出熒光或磷光；分子之間的能量傳遞.化學(xué)反應(yīng).光化學(xué)反應(yīng)過程：1. 激發(fā)過程：分子吸收光能，電子從基 態(tài)向高能級躍遷，成為激發(fā)態(tài).2. 化學(xué)反應(yīng)：激發(fā)態(tài)分子向其它分子轉(zhuǎn)移能量或產(chǎn)生各種活性中間體而發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 基態(tài)分子激發(fā)態(tài)分子吸光放出能量激發(fā)態(tài)分子生成物I激發(fā)態(tài)分子基態(tài)分子

7、反應(yīng)或失活 能量轉(zhuǎn)移 失活 失活 活性物 生成物n3, 光化學(xué)反應(yīng) 光聚合與光交聯(lián) 光降解和異構(gòu)化 分子量變大 ,溶解度降低 分子量降低 ,溶解度增大(1) 光聚合 與普通化學(xué)法引發(fā)的聚合反應(yīng)相比 : 引發(fā)聚合的活性種的產(chǎn)生方式不同 .活性種是由光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生 . 光聚合只有在鏈引發(fā)階段需要吸收光能 活化能低 ,易于低溫聚合 .可獲得不含引發(fā)劑殘基的純的高分子 . 量子效率高 .吸收一個光子導(dǎo)致大量單體分子聚合為大分子 能發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)的條件 聚合體系中必須有一個組分能吸收某一波長范圍的光能 吸收光能的分子能進(jìn)一步分解或與其它分子相互作用而生成初級活性種 過程中所生成的大分子的化學(xué)鍵應(yīng)是能經(jīng)受

8、光輻射的 關(guān)鍵在于 :選擇適當(dāng)能量的光輻射 .,離子等活光引發(fā)自由基聚合三種方式 : 光直接激發(fā)單體或激發(fā)帶有發(fā)色團(tuán)的聚合物分子而產(chǎn)生的反應(yīng)活性種引發(fā)聚合 光激發(fā)分子復(fù)合物 (大多為電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物 ),由受激發(fā)分子復(fù)合物解離產(chǎn)生自由基 性種引發(fā)聚合 光活性分子 (光引發(fā)劑 ,光敏劑 )引發(fā)光聚合 .由它們斷裂產(chǎn)生的活性種或把能量傳遞給單體或 能夠形成引發(fā)活性種的其它分子 ,再引發(fā)聚合 . 苯乙烯 ,甲基丙烯酸甲酯 ,烷基乙烯基酮 ,溴乙烯(2) 光引發(fā)劑與光敏劑 吸收適當(dāng)波長及強(qiáng)度的光能 ,發(fā)生光物理過程至其某一激發(fā)態(tài) ,若該激發(fā)態(tài)能量大于斷裂鍵所 需能量 ,就能產(chǎn)生初級自由基光引發(fā)劑 :級

9、自 由 基 )# 光 引 發(fā) 劑( P I) ( P( 激 發(fā) 態(tài) 生 成 t近紫外吸收較高 ,光裂解產(chǎn)率高 ,光聚合中應(yīng)用最廣安息香 ,安息香烷基醚及安息香醋酸酯OOH裂解產(chǎn)物 :苯酰基自由基 ,活性較大 ,是引發(fā)聚合的主要初級自由基 取代芐基自由基 ,活性低 ,往往引發(fā)二聚 安息香具有強(qiáng)的分子內(nèi)氫鍵 ,長波吸收峰位置與溶劑極性有關(guān) 乙醇中 , max=330nm, 環(huán)己烷中時 , max =345nm. 缺點(diǎn) :容易發(fā)生暗聚合 ,儲存穩(wěn)定性下降 .將安息香醚化 , 破壞分子內(nèi)氫鍵 ,可提高光分解速率 .安息香烷基醚斷裂是激發(fā)單線態(tài)裂解,較安息香具有更高的引發(fā)聚合反應(yīng)速率.安息香異丙基醚活性

10、好 ,使用壽命長 .苯乙酮的衍生物光敏劑吸收光能發(fā)生光物理過程至它的某一激發(fā)態(tài),發(fā)生分子內(nèi)或分子間能量轉(zhuǎn)移 ,傳遞至另一分子（單體或引發(fā)劑 ）產(chǎn)生初級自由基 .光敏劑本身并不消耗或改變結(jié)構(gòu) ,可以看作是光化學(xué)反應(yīng)的催化劑 ,提高光化學(xué)反應(yīng)的量子效 率光敏劑( P S) bg h t ( PS ) （ 激 發(fā) 態(tài) 生 成) ( PS ) 體 或 引 發(fā) 劑 初 級 自 由 基PS(基態(tài)常見的光敏劑CONCH3CH3CH3CCO米蚩酮（MK）二苯甲酮（BP）當(dāng)光源條件給定時，光引發(fā)劑和光敏劑發(fā)生作用的要求具有合適的吸收光譜（與光源匹配否）和消光系數(shù) 引發(fā)量子效率高光敏劑，光引發(fā)劑及其斷裂產(chǎn)物不參與

11、鏈轉(zhuǎn)移和鏈終止反應(yīng)光引發(fā)劑和光敏劑應(yīng)有一定的熱穩(wěn)定性.與反應(yīng)體系互溶 ,無毒 ,無氣味以及不使反應(yīng)產(chǎn)物發(fā)黃等特性 .不溶性的網(wǎng)狀聚合物（3）光交聯(lián) 原料 :線形高分子或線形高分子與單體 產(chǎn)物應(yīng)用:光固化油墨 ,印刷制版 ,光敏涂料 ,光致抗蝕劑 交聯(lián)反應(yīng) 鏈聚合 非鏈聚合 含雙鍵 必須加光敏劑 帶有不飽和基團(tuán)的高分子 :丙烯酸酯 ,不飽和聚酯 ,不飽和聚乙烯醇衍生物 ,不飽和聚酰胺等 硫醇與烯烴分子 .（加聚反應(yīng) ） 飽和高分子 .（鏈轉(zhuǎn)移作用 ,奪氫或鹵原子 ,產(chǎn)生活性中心 ,或光解斷裂產(chǎn)生自由基 ）（鹵代聚合物 , 含硫高分子 ） 鏈聚合 非鏈聚合 高分子與交聯(lián)劑 （光敏劑重鉻酸鹽 ,重氮

12、鹽和芳香族疊氮化合物 ） 帶有可以發(fā)生光聚合反應(yīng)官能團(tuán)的高分子（ , -不飽和羰基最為常見 .）注意:體系中 ,光敏劑是必需的5.2 光敏涂料 優(yōu)點(diǎn) : 固化速度快 不需加熱 ,耗能少 污染少 便于流水線作業(yè) 缺點(diǎn) : 不適合形狀復(fù)雜物體的涂層 價格高 光敏涂料 表面涂料 :裝飾和保護(hù)層 光致抗蝕劑 :制造印刷電路板 光敏涂料體系的組成 : 光敏預(yù)聚物 光引發(fā)劑和光敏劑 稀釋劑 添加劑 光敏預(yù)聚物 分子量 :1000-5000 分子鏈中有一個或多個可供進(jìn)一步聚合的反應(yīng)性基團(tuán) 固化速率隨預(yù)聚物分子量 ,反應(yīng)性基團(tuán)數(shù)目和粘度的增加而提高 不飽和聚酯 （應(yīng)用最廣 ）,丙烯酸改性聚氨酯 ,丙烯酸改性環(huán)

13、氧樹脂等 . 一,光刻工藝5.3 光致抗蝕劑光刻膠 （photoresist）: 又稱光致抗蝕劑 ,由感光樹脂 ,光敏劑和溶劑三部分組成的對光敏感的混 合液體 .光刻即光刻腐蝕1, 原理 光刻工藝是利用感光性樹脂材料作為抗蝕涂層.這類感光樹脂在光照 （主要是紫外光 ）時 ,短時間內(nèi)即能發(fā)生化學(xué)反應(yīng) ,使得這類材料的溶解性 ,熔融性或親和性在曝光后發(fā)生明顯的變化 利用這些性能在曝光前后發(fā)生的明顯差異,只要控制光照的區(qū)域就可得到所需要的幾何圖形保護(hù)層 .2, 光刻工藝過程 光刻過程示意圖1. 光致抗蝕劑層2. 基材3. 掩膜 襯底硅 光刻 SiO2 膜 光致抗蝕劑 掩模版 襯底硅 紫外光 涂光致抗

14、蝕劑 曝光 顯影 襯底硅 腐蝕 襯底硅 去膠 襯底硅SiO2 按照化學(xué)反應(yīng)原理和顯影原理 ,光致抗蝕劑可分為正性和負(fù)性兩大類.正性 :光照使光致抗蝕劑發(fā)生光分解或其他反應(yīng) 負(fù)性 :光聚合或光交聯(lián)反應(yīng) 按曝光光源分類 紫外線致抗蝕劑 , 遠(yuǎn)紫外線致抗蝕劑 ,電子束光致抗蝕劑 ,x 射線光致抗蝕劑 ,離子束光致抗蝕 劑.二,光致抗蝕劑 對光致抗蝕劑的一般要求 : 容易形成均勻的薄膜 ; 對光或射線的靈敏度高 ; 形成圖像的清晰度或分辨率高 ; 顯影時應(yīng)該除去的部分能迅速的溶解掉 ; 作為圖像的保護(hù)膜應(yīng)具有一定的牢度和強(qiáng)度 ; 儲存穩(wěn)定性好 ;具有與細(xì)微光刻要求相適應(yīng)的化學(xué)和物理特征 . 三,負(fù)性光

15、致抗蝕劑 （負(fù)性膠 ）1. 聚乙烯醇肉桂酸酯光敏劑:N-甲基-2-苯甲?；?3"萘并噻唑啉柯達(dá)公司發(fā)明聚乙烯醇 + 肉桂酰氯性能優(yōu)良 ,柔韌性 ,附著力需改進(jìn)2. 環(huán)化橡膠 （順式聚異戊二烯 ）催化劑 :對甲苯磺酸 ,溶劑:甲苯環(huán)化產(chǎn)物 :分子量為 60000,不飽和度 6-8mol/g1）環(huán)化反應(yīng)同時發(fā)生聚合物降解反應(yīng),降低聚合物的分子量 ,有利于配制濃度較大的聚合物溶液,最終能獲得符合成像要求的膠膜厚度.2）環(huán)化反應(yīng)后 ,聚合物中雙鍵數(shù)目減少,不易產(chǎn)生自身交聯(lián) ,便于儲存和操作 ,質(zhì)量穩(wěn)定 .環(huán)化的作用光敏劑雙疊氮類化合物 ,如:2,6-雙（4-二疊氮苯亞甲基 ）環(huán)己酮 雙亞氮化

16、合物能與環(huán)化橡膠的雙鍵快速反應(yīng)交聯(lián) 雙亞氮化合物3. 不飽和聚酯分辨力高溶解性好耐腐蝕 ,粘附性好 廣泛用于硅 ,二氧化硅 ,銅 ,石英的刻蝕 四,正性光致抗蝕劑 （正性光刻膠 ） 光敏劑為鄰疊氮醌混合物,酚醛樹脂 .曝光后發(fā)生光化學(xué)反應(yīng),使抗蝕劑從油溶性轉(zhuǎn)為水溶性堿溶液顯影 ,光照部分溶解5.5 光致變色高分子材料光致變色聚合物 在光的作用下能可逆的發(fā)生顏色變化的聚合物 .1. 概述 材料光化學(xué)結(jié)構(gòu)可逆變化最大吸收波長改變顏色變化注意 !不可逆過程不屬于光致變色對光致變色材料的研究始于 20 世紀(jì)初 ,功能性染料在光的照射下有顏色或顏色變化,停止光照回復(fù) ,鹵化銀功能性光致變色染料為小分子,

17、不便于制造器件將光致變色的染料引入到高分子的主鏈或側(cè)鏈中,或者共混 ,開發(fā)光致變色高分材料應(yīng)用前景誘人 :調(diào)光窗,護(hù)目鏡,防偽材料 ,偽裝隱蔽等光致變色原理 無色或淺色變?yōu)樯钌?深色變?yōu)闊o色或淺色正光致變色負(fù)光致變色光致變色原理 光化學(xué)過程 光物理過程 互變異構(gòu) ,順反異構(gòu) ,開環(huán)反應(yīng) ,生成離子等 ,偶氮苯 基態(tài) 吸光 躍遷 激發(fā)三線態(tài) 激發(fā)三線態(tài)吸收光譜變化 ,光致變色2. 光致變色聚合物 小分子 高聚物 共混 共聚 ,接枝 含硫卡巴腙絡(luò)合物的光致變色聚合物 含偶氮苯的光致變色高分子 含螺苯并吡喃結(jié)構(gòu)的光致變色高分子 氧化還原型光致變色聚合物 含硫卡巴腙絡(luò)合物的光致變色聚合物 硫卡巴腙入

18、max=49Onm 入 max=58Onm橘紅色 暗棕色或紫色 含偶氮苯的光致變色高分子 穩(wěn)定 不穩(wěn)定入 max=35Onm 入 max=310nm 負(fù)光致變色 吸收波長較短 變色前后的吸收光譜變化較小 熱穩(wěn)定性差具有明顯的光偏振效應(yīng) ,用一束偏振光就可通過雙折射將信息寫入,讀出,擦除 ,重寫,聚肽,縮聚物作為一種新型光信息存儲材料 , 有超高密度存儲 ,非破壞性讀出特性 , 較短的開關(guān)時間 , 是很 有發(fā)展前途的光學(xué)記錄介質(zhì) . 含螺苯并吡喃結(jié)構(gòu)的光致變色高分子 變色明顯 ,無色 深色 (55Onm) 研究最多 ,應(yīng)用最廣 高分子骨架可為聚甲基丙烯酸酯或與丙烯酰胺的共聚物 高分子化后 ,退色

19、速率下降 4OO-5OO 倍原因 :吸收光能前后分子結(jié)構(gòu)變化幅度大,需要較大的空間條件 ,高分子骨架對螺苯并吡喃的活動有束縛作用,可以制成計算機(jī)的記憶存,抗疲勞性能好 ,能快速信息存儲元件 : 受不同強(qiáng)度和波長光照射時可反復(fù)循環(huán)變色的特點(diǎn) 儲元件 ,實現(xiàn)信息的記憶與消除過程,其記錄信息的密度大得難以想象寫入和擦除信息 .可將光致變色化合物,建筑物的調(diào)光玻璃窗裝飾和防護(hù)包裝材料 :可用作指甲漆 ,漆雕藝品 ,T 恤衫 ,墻壁紙等裝飾品 加入到一般油墨或涂料中制成絲網(wǎng)印刷油墨或涂料;還可制成包裝膜汽車及飛機(jī)的屏風(fēng)玻璃等,防護(hù)日光照射 ,保證安全 .做成護(hù)目鏡 ,防止陽光 ,激光 ,電焊光的傷害 .

20、3. 應(yīng)用 光致變色玻璃(3) 自顯影全息記錄照相:在透明膠片等支持體上涂一層很薄的光致變色物質(zhì)( 如螺吡喃 ,俘精酸酐等 ) ,其對可見光不感光 ,只對紫外光感光 ,從而形成有色影像 .分辨率高 ,不會發(fā)生操作 誤差 ,影像可以反正錄制和消除. 國防:對強(qiáng)光特別敏感，可以制作強(qiáng)光輻射劑.能測量電離輻射，探測紫外線,x射線,Y寸線等 的劑量 .如將其涂在飛船的外部 ,能快速精確地計量高輻射的劑量.還可以制成多層濾光器,控制輻射光的強(qiáng)度 ,防止紫外線對人眼及身體的傷害.如果把高靈敏度的光致變色體系指示屏用,另一種是通過對防偽標(biāo)示的檢查,而有機(jī)光致變色材料用于防偽系,彩色復(fù)印機(jī)及其它設(shè)備復(fù)制 ,印

21、刷于武器上 ,可記錄飛機(jī) ,軍艦的行蹤 ,形成可褪色的暫時痕跡 (5)防偽技術(shù) :防偽技術(shù)有兩種方法 ,一是通過直接觀察獲得 而驗證產(chǎn)品的真實性 .水印 , 全息照片 ,顯微印刷屬于第一種 統(tǒng),屬于第二種 .其顏色角度效應(yīng)無法用高清晰度的掃描儀 特征用任何其他油墨和印刷方式都無法效仿 .5.6 光導(dǎo)電高分子材料 光導(dǎo)電性能 在光的作用下 ,導(dǎo)電性能發(fā)生變化的性質(zhì).1. 概述 光導(dǎo)電材料 絕緣體 導(dǎo)體 光照 無光照 電阻率非常高 電阻率明顯下降 核心 :物質(zhì)具有吸收特定波長的能量 ,使得材料中載流子數(shù)目增加的能力2. 光導(dǎo)電機(jī)理 通常情況 :材料內(nèi)部電子被束縛 ,載流子少 吸收光能 :產(chǎn)生載流子

22、的必要條件 h U 電子 空穴 導(dǎo)帶 價帶 禁帶 真空能級 h u> Eg(1) 光活性高分子中的基態(tài)電子吸收光能至激發(fā)態(tài),形成電子 -空穴對(2) 電場作用下 ,電子-空穴對解離 ,產(chǎn)生自由電子或空穴成為載流子,產(chǎn)生光電流 .電子受體 接受激發(fā)到導(dǎo)帶中的電子轉(zhuǎn)移 ,使空穴和電子對分開 ,空穴作為載流子 電子給體 將材料中的空穴填滿 ,留下自由電子作為載流子 本征光生載流子 :材料吸光產(chǎn)生新的載流子 需要的光子能量較高 ,如聚乙烯咔唑 (PVK) 需要吸收紫外線才能激發(fā)出本征型載流子 .非本征光生載流子 :解離過程需要在分子內(nèi)或分子間具有電子受體或電子給體 電子受體或電子給體激發(fā)能較低

23、,稱為敏化劑 .電子受體 接受激發(fā)到導(dǎo)帶中的電子轉(zhuǎn)移 ,生成電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物 . 三硝基芴酮 四腈代二甲基對苯醌 四氯苯醌 四腈基乙烯 電子給體有機(jī)顏料 (色素 ),孔雀綠 ,結(jié)晶紫等 .自身的光譜吸收在可見光區(qū) ,吸光后將其價帶電子從價帶 激發(fā)到導(dǎo)帶 .相鄰光導(dǎo)電聚合物中價帶電子轉(zhuǎn)移到色素空出來的最高占有軌道,完成電荷轉(zhuǎn)移 ,留下空穴作為載流子 .3. 光導(dǎo)電聚合物的結(jié)構(gòu)類型(1) 高分子主鏈中有較高程度的共軛結(jié)構(gòu) 載流子為自由電子 線形共軛導(dǎo)電高分子材料 ,在可見光區(qū)有很高的吸收系數(shù),吸光后產(chǎn)生載流子 ,光導(dǎo)電能力大大增加 ,光導(dǎo)電性質(zhì)強(qiáng) 穩(wěn)定性和加工性差 沒有獲得廣泛應(yīng)用 聚苯乙炔 ,聚噻

24、吩研究較多(2) 高分子側(cè)鏈上連接多環(huán)芳烴 ,萘基 ,蒽基,吡基 蒽研究較多 在紫外線部分顯示光導(dǎo)電性 合成較難 ,膜較脆 蒽基 萘基 吡基(3) 高分子側(cè)鏈上連接芳香胺基或含氮雜環(huán) 咔唑基最重要 通過帶咔唑基的單體均聚或共聚合成 優(yōu)點(diǎn) :可設(shè)計性較強(qiáng),即具4. 光導(dǎo)電聚合物的應(yīng)用 靜電復(fù)印 激光打印 光電傳感器 光敏電阻 光電池 最重要 (1)靜電復(fù)印 充電 :在暗處用電暈裝置對感光鼓充電 ,使其表面均勻的帶上一定極性和數(shù)量的靜電荷有一定的電位.曝光：暗處電阻大，絕緣體；明處電阻小，導(dǎo)體.曝光，光照區(qū)表面電荷放電消失，無光照區(qū)，電荷保持，形成表面電位隨圖像明暗變化而起伏的靜電潛像.充電，曝光

25、，顯影，轉(zhuǎn)印，分離，定影，清潔，放電顯影：用帶電色粉使感光鼓上的靜電潛像轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷纳蹐D像，色粉所帶電荷與感光鼓表面的電荷極性相反.顯影時色粉被吸附.靜電潛像電位高的部分，吸附色粉的能力越強(qiáng)，反之相反. 不可見的靜電潛像變成了可見的與原稿濃淡一致的不同灰度層次的色粉圖像.轉(zhuǎn)?。河棉D(zhuǎn)印電暈在復(fù)印紙背面充上與色粉相反的電荷，將復(fù)印紙緊貼感光鼓，由于轉(zhuǎn)印電暈的電場力比感光鼓吸附色粉的電場力強(qiáng)得多，感光鼓上的色粉圖像就轉(zhuǎn)移到復(fù)印紙上.分離:用分離電暈，分離爪等將復(fù)印紙從緊貼的感光鼓上剝離.定影：把復(fù)印紙上的不穩(wěn)定的，可抹掉的色粉圖像固著.通過轉(zhuǎn)印，分離轉(zhuǎn)移到復(fù)印紙上的圖像， 并未與復(fù)印紙融為一體，易

26、被擦掉.通過加熱加壓，使墨粉中的熱固性樹脂固化，使墨粉牢牢的粘附在復(fù)印紙上.清潔:用刮板，毛刷或清潔輥清除感光鼓表面殘留的色粉，以免影響后消電：用全面曝光或消電電暈對感光鼓進(jìn)行反極性充電消除感光鼓表面殘余電荷 續(xù)復(fù)印過程.為了消除工業(yè)煙塵污染，首先要，自動顯示和超標(biāo)報警.煙道里的煙塵濁度是用.如果煙道濁度增加，光源發(fā)出的光被煙塵顆,因而光檢測器輸出信號的強(qiáng)弱便可反映煙道濁(2) 光電傳感器 煙塵濁度監(jiān)測儀：防止工業(yè)煙塵污染是環(huán)保的重要任務(wù)之一 知道煙塵排放量，因此必須對煙塵源進(jìn)行監(jiān)測 通過光在煙道里傳輸過程中的變化大小來檢測的 粒的吸收和折射增加，到達(dá)光檢測器的光減少 度的變化.把光敏電阻連接

27、到外電路中 ，在外加電壓的作用下，用光照射就能改變電路中電流的大小.靈敏度高，光譜特性好，光譜響應(yīng)可從紫外區(qū)到紅外區(qū)范圍內(nèi)，體積小，重量輕，性能穩(wěn)定，價格便宜，因此應(yīng)用比較廣泛.(3) 光敏電阻Thank you !光學(xué)高分子材料簡述及性能表征更新時間：2010-2-25 9:16:57(編輯：旺牛)摘要：高分子材料在光學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，作為大型光學(xué)元器件的背投屏幕更是利用先進(jìn)的 高分子材料 技術(shù)獲得了各種優(yōu)異的性能。簡單介紹了背投屏幕的分類、材料 和制造工藝，以及 光學(xué)高分子材料 的歷史、分類和新的發(fā)展，以及主要性能表征。前言：背投屏幕是背投顯示的終端，在很大程度上影響整個投屏幕分為背

28、投軟質(zhì)屏幕、背投散射屏幕和背投光學(xué)屏幕。背投軟質(zhì)屏幕具備廉價、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，但是亮度均勻性比較差、嚴(yán)重的“亮斑效應(yīng)”、光能利用率低、度小等。分辨率低和對比度低。散射屏幕視角大、增益低、“亮斑效應(yīng)”明顯。采用不同 的工藝制造。有些采用在壓克力板材表面進(jìn)行霧化處理，增加散射。有些應(yīng)用消眩光學(xué)顯示系統(tǒng)的性能。背運(yùn)輸可視角光玻璃模具復(fù)制表面結(jié)構(gòu)，基材內(nèi)添加 光擴(kuò)散劑及調(diào)色劑制造。有些為降低成本直接在透明塑料 板材表面粘貼背投軟質(zhì)屏幕制造。現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的就是微結(jié)構(gòu)光學(xué)型背投影屏幕。光學(xué)型背投影屏幕指的是利用微細(xì)光學(xué)結(jié)構(gòu)來完成光能分布、實現(xiàn)屏幕功能的這一類屏幕。主要有 FL 型(Fresnel len

29、s-lenticularlenses )、FD型(Frensnel lens-Diffusion cover)、FLD型( Fresnel lens-Lenticular lenses-Diffusion cover)、BS型(Fresnel len s-Le nticular len ses-Black stri ps)微光學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)制主要采用模壓或鑄造等復(fù)制技術(shù)。鑄塑又稱澆鑄，它是參照金屬澆鑄方法發(fā)展而來的。該成型方法是將已準(zhǔn)備好的澆鑄原料（通常是單體，或經(jīng)初步聚合或縮 聚的漿狀聚合物與單體的溶液等）注入一定的模具中，使其發(fā)生聚合反應(yīng)而固化，從而得 到與模具型腔相似的制件。這種方法也稱為靜態(tài)

30、鑄塑法。靜態(tài)鑄塑技術(shù)可用來將電鑄鎳模具板上的微 光學(xué)圖形轉(zhuǎn)移到塑料表面。鑄塑法得到的制件無針眼，無內(nèi)力應(yīng)變，無分子取 向。重要的是，對于非晶態(tài)塑料來說，靜態(tài)鑄塑得到的制件相對于其它工藝一般具有更高 的透光率，表現(xiàn)出優(yōu)越的 光學(xué)性質(zhì)。背投 光學(xué)屏幕屬于大尺寸微 光學(xué)元件，由于體積較大 用模壓工藝生產(chǎn)存在加工設(shè)備復(fù)雜、成本高、合格率低的缺點(diǎn)，主要用澆鑄工藝來生產(chǎn)。正文：高分子材料 應(yīng)用于光學(xué)領(lǐng)域最早由Arthur Kingston開始，他于1934年取得了 注射成型塑料透鏡的專利，并將其用在了照相機(jī)中。1937年，R. F. Hunter公司制造出了全塑料透鏡的照相機(jī)。在二戰(zhàn)期間光學(xué)高分子材料被廣

31、泛用來制作望遠(yuǎn)鏡、瞄準(zhǔn)鏡、放大鏡及照相機(jī)上的透鏡。由于受材料的品種少、質(zhì)量差、加工工藝落后等條件的限制，戰(zhàn)后 在光學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用曾一度下降。60年代后，隨著合成 技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)高分子 的品種不斷增加，加工工藝也得到了改善，同時出現(xiàn)了表面改性 技術(shù)，這些因素促成了 光學(xué)高分子 的迅速發(fā)展，并形成了獨(dú)立的光學(xué)高分子市場。與傳統(tǒng)無機(jī) 光學(xué)材料相比，盡管 光學(xué)高分子 材料的耐熱性、耐候性、耐磨性、耐溶劑 性、抗吸濕性及 光學(xué)均一性（雙折射、 光學(xué)畸變）較差，折射率、色散范圍較窄，熱膨脹系數(shù)較大，但是聚合物 光學(xué)材料具有密度小、耐沖擊、成本低、加工成型容易等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了廣泛的應(yīng)用。常用光學(xué)高分子

32、 材料有烯丙基二甘醇二碳酸酯等幾種熱固性樹脂和聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚4-甲基戊烯-1、苯乙烯-丙烯腈共聚物等熱塑性光學(xué)樹脂。表1-1列出了一些常用 光學(xué)高分子 材料的特性。扎 1 -III九e字r f搭!F俏的性it y此性股瓚的吐枚azE 11III12IIb i tlfBl JI區(qū)PCNASMSCK -W' iII,5LSI1' $71461甸'* i 一 4 J J話SI一n*'-14-II> 1100丄-.:Ch II00# f-IIdJOO120-10(1 a1I卜 F CO-JOa03IVrwvL-.Ti -1lFS<l

33、q£«n ifn*3V十KMOOAi1 - 12-3,:JLH!-ih1 do- 100 -17011u .1甜品Rttror -'J些叫100130190 !腳P Bl 4011111.'壬-：01a：CM1 OSI " !J.p*. K 10"* 1J D.074 1"j1 MI a«L：P WE勺2 5J 'J BSB沖'i 0611.071心1t U_ -!決_11 . L二j O.：-Cfro.r-G <i0 4電*TQ HIM) %Hp i新林*釣盅蕉Ch7%VV:靜射対00處郵疳比車

34、由于傳統(tǒng)光學(xué)塑料的性能無法滿足人們對高性能 光學(xué)元器件的要求，因此近年來又開 發(fā)了一些新型 光學(xué)塑料。如KT-153螺烷樹脂，日本東海光學(xué)公司研制的這種螺烷樹脂是一 種含螺烷核的化合物；出CCHHCKlIk0-HjC CHEOZ-1000樹脂，具有特殊脂環(huán)基結(jié)構(gòu)的甲基丙烯酸酯類的均聚物或共聚物的;COORTS-26樹脂，這種樹脂是由苯乙烯、甲基丙烯酸乙酯和三溴苯乙烯作為共聚單體，鑄 塑時形成三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)； APO樹脂，是日本三井石油工業(yè)公司新開發(fā)的一種光盤基板材料，是由乙烯與雙環(huán)鏈烯及三環(huán)鏈烯等環(huán)狀烯烴共聚合成的非晶態(tài)聚烯烴共聚物；皿療列樹脂，是日本三井東亞公司于 20世紀(jì)80年代后期研制出的

35、新型 光學(xué)樹脂，它是由帶有芳環(huán)的異 氰酸酯與多硫醇化合物通過聚加成反應(yīng)得到的一類硫代氨基甲酸酯樹脂。MH系列樹脂，是日本合成橡膠公司合成的具有多環(huán)官能基的透明聚合物，可注射成型，用于制作透鏡或其 它光學(xué)元件。還有其它一些近年來研制出來的光學(xué)樹脂，如德國巴依爾公司研制的E818光學(xué)樹脂；1993年HOYA公司推出的EYASM脂；1997年HOYA公司推出目前已經(jīng)商品化的折 射率最高的眼睛片用樹脂材料等。技術(shù)指標(biāo):光學(xué)性光學(xué)高分子材料種類繁多，應(yīng)用也不盡相同，但一般都包含三大類 能、機(jī)械性能、熱學(xué)性能。光學(xué)性能主要包括折射率和色散、透過率、黃色指數(shù)及光學(xué)穩(wěn)定性。折射率和色散是光學(xué)材料的最基本性能。

36、在透鏡設(shè)計中，為使透鏡超薄和低曲率必須 尋求高折射率的 光學(xué)材料，而校正色差要求有兩組阿貝數(shù)不同的材料，即冕牌系列（低色散,阿貝數(shù)50）和火石系列（高色散，阿貝數(shù)40）。光學(xué)玻璃的折射率和色散有較大的選擇余地， 而光學(xué)塑料的選擇范圍卻十分有限，尤其是冕牌系列光學(xué)塑料。透明塑料折射率的測定最常用的方法是折射儀法。阿貝折射儀是最廣泛用于測定折射率的折射儀。透過率是表征樹脂透明程度的一個重要性能指標(biāo)，一種樹脂的透過率越高，其透光性就越好。透過率的定義為：透過材料的 光通量（T2）占入射到材料表面上的 光通量（T1）的 百分率。任何一種透明材料的透 光率都達(dá)不到100%即使是透明性最好的 光學(xué)玻璃的透

37、 光 率一般也難以超過 95%。聚合物光學(xué)材料在紫外和可見 光區(qū)的透光性和光學(xué)玻璃相近，在近紅外以上區(qū)域不可 避免的出現(xiàn)碳?xì)湔駝铀鸬奈?。通常，光學(xué)塑料在可見 光區(qū)透光率的損失主要由以下三個因素造成：光的反射；光的散射；光的吸收。黃色指數(shù)是無色透明材料質(zhì)量和老化程度的一項性能指標(biāo)，由分光光度計的讀數(shù)計算而得，描述了試樣從無色透明或白色到黃色的顏色變化。這一實驗最常用于評價一種材料 在真實或模擬的日照下的顏色變化。而對于透明塑料材料來說，由于原料純度或加工條件 等因素的影響，可能自身帶有一定顏色。光學(xué)樹脂如同多數(shù)有機(jī)物質(zhì)一樣存在著耐候和耐老化問題，因此樹脂的結(jié)構(gòu)和加工工藝以及使用環(huán)境對樹脂的

38、 光學(xué)性能有較大的影響。在一定使用期限內(nèi)，光學(xué)參數(shù)的穩(wěn)定性尤為關(guān)鍵，這個指標(biāo)直接決定產(chǎn)品的使用性能。采用人工加速老化中的全紫外線老化的方 法檢測樹脂的光學(xué)穩(wěn)定性。全紫外線老化法主要模擬陽光中的紫外線.全紫外線強(qiáng)度比相應(yīng)太陽紫外強(qiáng)度高幾倍。正是短波紫外線對有機(jī)材料老化起了主要作用，這樣會大大地提 高了老化加速率，也是全紫外老化的最突出優(yōu)點(diǎn)。同時可以進(jìn)行溫度、濕度、雨淋等環(huán)境 因素的模擬。這一老化方法其紫外強(qiáng)度等參數(shù)可以監(jiān)控，試驗重復(fù)性好。韌性（耐沖擊性能）和表面硬度（耐磨性）是光學(xué)高分子 材料的重要機(jī)械性能。沖擊強(qiáng)度是衡量材料韌性的一種強(qiáng)度指標(biāo)。沖擊強(qiáng)度是使材料在沖擊力的作用下折斷，通常把折斷時截面吸收的能量定義為材料的沖擊韌性。沖擊實驗主要有彎曲梁式（擺錘式）沖擊、落錘式?jīng)_擊和高速拉伸試驗三類。無定型聚合物的韌性主要與其分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。主鏈上酯鍵、醚鍵、碳-碳鍵可以自由旋轉(zhuǎn)，因而材料具有較好的韌性，如PC是光學(xué)塑料中抗沖擊性能最好的材料;帶有較大側(cè)基的聚合物（如PVC, PMMA, PS等），因主鏈上可以自由旋轉(zhuǎn)的基團(tuán)較少或旋轉(zhuǎn)時不對稱，因 而韌性相對較差44。硬度是衡量材料表面抵抗機(jī)械壓力的能力， 可定義為：材料對形變（特別是永久形變） 壓痕或刻痕的抵抗能力。對于透明塑料材料，特別是 光學(xué)樹脂的硬度通常可以采用鉛筆硬 度。耐磨性與