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综述性论文论文题目： 光功能高分子材料 学 院： 纺织与材料学院 专业班级： 高分子材料与工程2011级02班 学生姓名： 李聪聪 学 号： 41101020203 引言：光功能高分子材料又称为感光性高分子或感光性树脂，是指能够对光能进行传输、吸收、储存、转换的一类高分子材料，在光的作用下能够表现出特殊的性能的一类高分子材料。本文将对其的发展历史、分类、相关理论基础、应用进行较综合的论述。 1.光功能高分子材料的发展历史感光高分子材料的研究和应用已有很长的历史，最早用于印刷制版。感光性高分子的研究可追溯到1831年，当时法国niepce研究了沥青的光固性，将沥青涂在石板上，放进照相机中，曝光后以松节油擦去未固化的沥青而得图像。1832年，suckow发现重络酸盐类的感光性，用于照相制版，至今仍被当作重要的感光材料使用，并使照相制版术得以迅速发展。1954年美国柯达公司成功地开发出了聚乙烯醇肉桂酸酯，并作为光致抗蚀剂被大量应用，其商品名为kpr(kodak photo resist)。1990年英国剑桥cavendish实验室的burroughes 等人在nature上首次报道了以共轭聚合物-聚对苯撑乙烯(ppv)作发光层的黄绿光电致发光器件。 21世纪将迎来更广泛的应用。2. 光功能高分子材料的分类2.1 1从其作用机理看，可以简单地分为光物理材料和光化学材料两大类。光物理材料主要包括安全玻璃、透镜、光盘基材、塑料光学纤维、高分子电光材料、光弹材料、光折变材料、高分子光致发光材料、光导电材料等。光化学材料主要包括光致抗蚀剂、光固化涂料及黏合剂等。2.2 1根据高分子材料在光的作用下发生的反应类型以及表现出的功能分类，光功能高分子可以分成以下几类：光敏涂料、光致抗蚀剂或光刻胶、高分子光稳定剂、高分子荧光剂和高分子夜光剂、光能转换聚合物、光导电材料、光致变色高分子材料等。2.3 3根据光照后物性的变化可分为光致溶化型、光致不溶化型、光降解型、光导电型、光致变色型等；根据感光基团的种类，可分为重氮型、叠氮型、肉桂酸型、丙烯酸型等；根据骨架聚合物的类型，可分为pva系、聚酯系、尼龙系、丙烯酸系、环氧系、氨基甲酸系、聚酰亚胺系等；根据光反应的种类，可分为光交联型、光聚合型、光氧化还原型、光二聚型、光分解型等；根据聚合物的形态和组成，可分为感光性化合物+高分子型、带有感光基团的高分子型、光聚合组成型。2.4 6从广义上讲，按其输出功能，感光性高分子包括光导电材料、光电转换材料、光能存储材料、光记录材料、光致变色材料和光致抗蚀材料等。2.5 5目前主要根据其在光参量作用下表现出的功能和性质分类，常见的主要有以下几类：高分子光敏涂料、高分子光刻胶、高分子光稳定剂、高分子荧光（磷光）材料、高分子光催化剂、高分子光导电材料、光致变色 高分子材料、高分子光力学材料等。3. 光功能高分子材料的相关理论基础3.1 1 光物理和光化学原理(罗列)激发态的猝灭；激发能的耗散；光学定律和量子效率；光吸收和分子的激发态；光吸收和分子的激发态；分子间或分子内的能量转移过程。3.2 4光化学中的三个基本定律crotthus-draper定律 此定律指出只有被分子吸收的光才能起光化学反应。这就是说，一定要注意光源波长与反应物吸收光的匹配关系，若用的光不被物质吸收，是不会引起光化学反应的。该定律在一般情况下是正确的，但已发现某些物质在强光如激光束的照射下可以吸收2个或2个以上光子的能量。stark-eienstein 定律 此定律的意义是指一个分子只吸收一个光子，分子的激发和随后的光化学反应是吸收一个光子的结果，分子吸收光是量子化的。beer-lambert定律 该定律描述了在正常情况下化合物的吸收特性，即单色光的吸收与吸光物质的厚度呈指数关系。3.3 4感光性高分子的功能（罗列）光降解功能；光成像功能；光导电功能；光致变色功能；光能的化学转换功能；光固化（光交联）功能。7光致发光功能；照相制版功能；光引发、催化功能。3.4 2光功能高分子主要化学反应类型光交联（光聚合）反应、光降解反应、光异构化反应。3.5 2光导电机理光导电想象的实质是物质受光激发后产生的电子、空穴等载流子，载流子在外电场的作用下移动而产生电流，使材料的导电率因此增大。光导电一般包括三个基本过程，即光激发、载流子生成和载流子迁移。3.6 7光致变色高分子的变色机理一般分为七类：键的异裂、键的均裂、顺反互变异构、价键互变异构、氧化还原光反应和三线态吸收。4. 光功能高分子材料的各类型简介4.1光敏涂料4.1.1定义1当聚合物在光照射下可以发生光聚合或者光交联反应，有快速固化性能时，这种可以作为材料表面保护的特殊材料称为光敏涂料。4.1.2分类1光敏涂料在使用上可分为两类：一类是作为塑料、金属（如包装罐）、木材（如家具）、包装纸（箱）、玻璃、光导纤维及电子器件的表面涂料，起装饰和保护作用；另一类是作光致抗蚀剂用，如制造印刷电路板等。4光敏涂料在形态上可以分为液状光敏涂料和粉末状光敏涂料。4.1.3光敏涂料体系的构成1 光敏涂料体系主要是由光敏预聚物、光引发剂和光敏剂、活性稀释剂(单体)以及其他添加剂（如着色剂、流平剂及增塑剂）等构成。4.1.4应用 4 光敏油墨；柔软涂料；光固化底漆；光固化面清漆；光固化白色涂层；光固化齿科材料；木材用光敏粉末涂料；塑料底材用光敏粉末涂料； 金属底材用光敏粉末涂料； 纸类基材用光敏粉末涂料； 汽车外壳用光敏粉末涂料；光导玻璃纤维用光固化涂料。 4.2光敏胶 4.2.1定义5光敏胶也称为感光胶黏剂，是一种光能固化的胶黏剂，其作用原理与光敏涂料相同。4.2.2应用5通常可以用于玻璃、金属、塑料、陶瓷等材料的粘接工艺，尤其适合于自动化流水作业线上的粘接装配工艺。 4.3光致抗蚀剂或光刻胶4.3.1定义1在光的作用下可以发生光化学反应（光交联或者光降解），反应后其溶解性能发生显著变化的聚合材料，具有光加工性能，可以作为用于集成电路工业的材料称为光刻胶或光致抗蚀剂。4.3.2分类1光致抗蚀剂按其化学反应可分为光交联型和光分解型；根据聚合物的形态或组分又可分为感光性化合物与聚合物的混合型及其具有感光基团的聚合物型；按成像作用不同也可分为负性光致抗蚀剂和正性光致抗蚀剂两大类；根据采用光的波长和种类，光刻胶还可以进一步分为可见紫外光刻胶、放射线光刻胶、电子束光刻胶、离子束光刻胶和x射线胶等。4 耐热感光聚酰亚胺高分子可分为负性光敏聚酰亚胺体系、正性光敏聚酰亚胺、化学增幅型光敏聚酰亚胺。2按照光稳定剂的作用机理，可将其分为四类：光屏蔽剂（颜料）、紫外线吸收剂、紫外线猝灭剂和自由基捕获剂。4.3.3应用1 缓冲作用；屏蔽功能；平坦化作用；用pspi制作掩膜用；耐热感光聚酰亚胺的应用；集成电路中多层布线的绝缘层；可用在电光器件、液晶显示器件的定向层等方面。3此外光致抗蚀剂已广泛应用于各种精细加工中，如半导体元件、印刷线路板、表面的精细加工、玻璃及陶瓷的精细刻蚀等。4.4高分子光稳定剂4.4.1定义1能够大量吸收光能，并且以无害方式将其转化成热能，以阻止材料发生光降解和光氧化反应，这种加入高分子材料中具有抗老化作用的材料称为光稳定剂，具有上述功能的大分子称为高分子光稳定剂。4.4.2分类1聚合物光稳定剂按其反应模式可以分为以下四类：光屏蔽剂、激发态猝灭剂、抗氧化剂和聚合物型光稳定型。4.4.3光稳定剂的作用机制5阻止聚合物中自由基的生成；清除光激发产生的有害自由基；加入抗氧化剂。4.5光致变色高分子材料4.5.1定义1在光的作用下其吸收波长发生明显变化，从而材料外观颜色发生变化的高分子材料称为光致变色高分子材料。4.5.2主要的光致变色高分子（摘要）4含甲亚胺结构型； 偶氮苯型致变色高分子；含螺结构型致变色高分子；物理掺杂型光致变色高分子；含氧化还原型光致变色高分子；含二芳基乙烯型光致变色高分子；苯氧基萘并萘醌类光致变色高分子。4.5.3分类2在光照下由无色或浅色转变为深色的材料称为正性光致变色材料；而在光照下由深色转变为无色或浅色的材料称为逆光致变色材料。4.5.4应用1可以将光致变色材料的应用范围归纳为以下几个主要方面：感光材料；信号显示系统；信息存储元件；光的控制和调变。7辐射计量计；全息记录介质；模拟生物过程、生化反应。例如，可作为窗玻璃或窗帘的涂层，从而调节室内光线；可作为护目镜从而防止太阳光、激光以及电焊闪光等的伤害；在军事上，可作为伪装隐蔽色或密写信息材料；还可作为高密度信息存储的可逆存储介质等。4.6光导电高分子材料4.6.1定义1在光的作用下导电率能发生显著的变化的高分子材料称为光导电材料。可以制作光检测元件、光电子器件。4.6.2分类1根据材料属性，光导电材料可以分为无机光导电材料、有机光导电材料两大类；有机光导电材料还可细分为高分子光导电材料和小分子有机光导电材料。4.6.3应用2目前主要应用在太阳能电池、静电复印、全息照相、光电复印、激光打印、信息记录、光伏特电池和光敏感测量装置等领域。4.7高分子光导纤维(pof)4.7.1特点2 数值孔径大；直径大、韧性好；材料费便宜，制造成本低；pof 的低损耗窗口位于可见光的领域。4.7.2目前主要类型2氟化高分子光导纤维、耐热高分子光导纤维。4.7.3应用2广泛地应用于通信、信息处理、广播、遥测遥控、照明、军事和医疗等许多领域。 4.8高分子荧光剂和高分子夜光剂4.8.1定义1有光致发光功能的光功能高分子材料是荧光或磷光量子效率较高的聚合物，可用于各种分析仪器和显示器件的制备通常称为高分子荧光剂和高分子夜光剂。4.9光能转换聚合物4.9.1定义1能够吸收太阳光，并具有能将太阳能转化成化学能或者电能的装置，称为光能转换装置，其中起能量转换作用的聚合物称为光能转换聚合物。可用于制造聚合物型光电池和太阳能水解装置。4.10光固化材料4.10.1分类2一般将光固化材料沿用传统的方法分类，即光固化涂料、光固化油墨、光固化黏合剂。4.10.2应用2 uv胶；塑料涂料；纸张上光涂料；uv固化黏合剂；紫外光固化油墨；紫外光固化胶黏剂；紫外光固化木器涂料；在医疗用品行业、珠宝业、光电信息行业、电器电子行业都有应用。4.11光降解高分子材料4.11.1类型2光降解塑料、光降解-生物降解塑料。4.11.2应用主要用于消除“白色污染”。4.12高分子非线性光学材料4.12.1定义2非线性光学材料是指光学性质依赖于入射光强度的材料。4.12.2主要的高分子非线性光学材料2极化聚合物、光折变聚合物。7无机非线性光学晶体、有机非线性光学晶体、聚合物非线性光学晶体。4.12.3应用2对于光电子技术的发展，非线性光学材料起到十分关键的作用，包括有机和无机晶体材料、有机金属配合物、高分子液晶和高分子lb膜等。7非线性光学晶体已广泛应用于激光技术和光谱技术。在倍频激光器中获得倍频光；实现将红外光变为可见光的频率转换；非线性光学材料可望作开发光计算机的关键材料； 用作光学参量振荡器，制成宽光谱范围的可调谐单色光源。5. 光功能高分子材料的应用光功能高分子材料目前在电子、印刷、塑料、精细化工、纤维、医疗、农业、生化等领域已有广泛应用，发展之势，方兴未艾，未来会有更多的用途。6.小结：通过对光功能高分子材料比较全方位的收集与了解，我们可以得出如下结论：a.光功能高分子材料通过近百年研究与开发，已取得很多领域的应用；b.光功能高分子材料学是一门交叉性的学科，与光化学、光物理和生物学等密切相关；c.光功能高分子材料学相关理论取得了很大的进展，但仍有许多理论尚未形成统一认识，有待进一步的探讨与研究；d.光功能高分子材料的进一步开发与利用，将为人类在21 世纪解决能源危机问题、环境污染问题、白色污染问题等提供一个崭新的方向；e.光功能高分子材料的进一步开发与利用，使得人类将迎来一场新的材料革命，社会更加进步。参考文献：1 功能高分子材料/焦剑，姚军燕主编. 北京：化学工业出版社，2007.7 23159.2 功能高