光功能高分子材料

1、光功能高分子材料光功能高分子材料是指能够对光进行传输、吸收、储存、转换的一类高分子材料。这类高分子材料主要包括感光性树脂、光致变色材料、光降解材料及光导纤维。感光性树脂是在光的作用下能迅速发生光化学反应，引起物理和化学变化的高分子。这类树脂在吸收光能量后使分子内或分子间产生化学的或结构的变化。吸收光的过程可由具I有感光基团的高分子本身来完成，也可由加入感光材料中的感光性化合物（光敏剂）吸收光能后引发光化学反应来完成。感光性树脂在印刷布线、孔板制造、集成电路和电子器件加工、精密机械加工及复印、照相等方面的应用愈来愈广泛。含有光色基团的化合物受一定波长的光照射时发生颜色变化，而在另一波长的光或热的

2、作用下又恢复到原来的颜色，这种可逆的变色现象称为光色互变或光致变色。已经知道，硫代缩胺基脲衍生物与汞 （Hg）能生成有色络合物，是化学分析上应用的灵敏显色剂。在聚丙烯酸类高分子侧链上引入这种硫代缩胺基脲汞的基团，则在光照时由于发生了氢原子转移的互变异构，发生变色现象。迄今为止 ，光致变色高分子的应用开发工作尚处在起步阶段 ，但其应用前景是十分诱人的。光致变色材料在全息记录介质、计算机 记忆元件、信号显示系统、感光材料等方面有广泛的应用。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

3、息存储的可逆存储介质等。我国已把光致变色材料列入863高科技计划，国内一些单位已相继开展这方面的工作并已取得可喜的成果。 为了解决高分子废弃物所造成的公害，研究了用时稳定,不用时在阳光暴晒下能发生降解的光降解高分子。要实现这种光降解，一是直接合成能被光降解的高分子；另一种方法是加入能促进降解的试剂。在聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯中加入 0105 %的光降解剂（如乙醛基水杨酸的铁、锰、 铜盐）,约经100h ,这些聚合物就发生降解。又如将塑料浸入5 %10 %的三氯丙酮或六氯丙酮的丙酮溶液中，浸30s后，再在室外暴晒23天，即失去强度，一碰就碎。光降解材料主要可应用于两个方面，一是包装材料，二是农业

4、应用薄膜。第五章光功能高分子材料1954年，美国柯达公司的 Minsk等人开发岀光功能高分子聚乙烯醇肉桂酸酯，并成功应用于印刷制版应用领域已从电子，印刷,精细化工等领域扩大到塑料，纤维，医疗,生化和农业等方面，发展之势方兴未艾概述 光敏涂料 光致抗蚀剂光致变色高分子材料 主要内容光导电高分子材料概述光功能高分子：也称感光性高分子，指在吸收了光能后，能在分子内或分子间产生化学，物理变化的一类功能高分子材料.这种变化发生后，材料将输岀其特有的功能.1, 光功能高分子材料及其分类按作用机理光物理材料光化学材料光导电材料 :光电转换材料光能储存材料光记录材料光致变色材料光致抗蚀材料光检测元件 ,光电子

5、器件 ,静电复印 , 激光打印聚合物型光电池按其输出功能 , 感光性高分子包括研究最成熟 ,最有实用价值 ,包括光刻胶 ,光固化粘合剂 ,感光油墨 ,感光涂料2, 光化学反应原理光是一种电磁波 , 在一定波长和频率范围内 , 它能引起人们的视觉 , 这部分光称为可见光 . 广义的 光还包括不能为人的肉眼所看见的微波，红外线，紫外线,X射线和Y射线等.光具有波粒二相性 .微粒性:光有量子化的能量 ,不连续波动性 : 有干涉 , 衍射和偏振等现象 , 具有波长和频率光化学 : 研究电子激发态的原子 , 分子的 结构及其物理化学性质的科学 .光化学反应 : 物质由于光的作用引起的化学反应 .Grot

6、thus-Draper 定律 : 只有被分子吸收的 光才可以引起光化学变化 .Stark-Einstein 定律 : 一个分子在吸收一个光子后即生成电子激发态 .激发态的衰减 : 一个激发到较高能态的分子是不稳定的 , 除了发生化学反应外 , 它还将竭力尽快采 取不同的方式自动地放出能量 , 回到基态 .(a) 电子状态之间的非辐射转变 , 放出热能 ;(b) 电子状态之间辐射转变 , 放出荧光或磷光 ;(c) 分子之间的能量传递 .(d) 化学反应 . 光化学反应过程 :1. 激发过程 : 分子吸收光能 , 电子从基 态向高能级跃迁 , 成为激发态 .2. 化学反应 : 激发态分子向其它分子

7、转移能量或产生各种活性中间体而发生化学反应.基态分子 激发态分子吸光放出能量激发态分子生成物I激发态分子基态分子反应或失活能量转移失活失活活性物生成物n3, 光化学反应 光聚合与光交联 光降解和异构化 分子量变大 , 溶解度降低 分子量降低 , 溶解度增大(1) 光聚合 与普通化学法引发的聚合反应相比:引发聚合的活性种的产生方式不同. 活性种是由光化学反应产生 .光聚合只有在链引发阶段需要吸收光能 活化能低 , 易于低温聚合 .可获得不含引发剂残基的纯的高分子 .量子效率高 . 吸收一个光子导致大量单体分子聚合为大分子 能发生光化学反应的条件聚合体系中必须有一个组分能吸收某一波长范围的光能 吸

8、收光能的分子能进一步分解或与其它分子相互作用而生成初级活性种 过程中所生成的大分子的化学键应是能经受光辐射的 关键在于 : 选择适当能量的光辐射 .光引发自由基聚合三种方式 : 光直接激发单体或激发带有发色团的聚合物分子而产生的反应活性种引发聚合.光激发分子复合物 ( 大多为电荷转移复合物 ), 由受激发分子复合物解离产生自由基 , 离子等活性 种引发聚合光活性分子 (光引发剂 ,光敏剂 )引发光聚合 .由它们断裂产生的活性种或把能量传递给单体或能 够形成引发活性种的其它分子 , 再引发聚合 .苯乙烯 , 甲基丙烯酸甲酯 ,烷基乙烯基酮 , 溴乙烯(2) 光引发剂与光敏剂吸收适当波长及强度的光

9、能 , 发生光物理过程至其某一激发态 ,若该激发态能量大于断裂键所需 能量, 就能产生初级自由基光引发剂 :(PI)*PI*( 初 级 自 由 基)#光引发剂(PI)(PI)*(激发态生成)bylight近紫外吸收较高 , 光裂解产率高 , 光聚合中应用最广安息香 , 安息香烷基醚及安息香醋酸酯OOH裂解产物 :苯酰基自由基 , 活性较大 ,是引发聚合的主要初级自由基取代苄基自由基 ,活性低 ,往往引发二聚安息香具有强的分子内氢键 , 长波吸收峰位置与溶剂极性有关 : 乙醇中 , max=330nm, 环己烷中时 , max =345nm.缺点: 容易发生暗聚合 ,储存稳定性下降 ., 较安将

10、安息香醚化 ,破坏分子内氢键 ,可提高光分解速率 . 安息香烷基醚断裂是激发单线态裂解 息香具有更高的引发聚合反应速率 . 安息香异丙基醚活性好 , 使用寿命长 .苯乙酮的衍生物光敏剂吸收光能发生光物理过程至它的某一激发态 , 发生分子内或分子间能量转移 ,传递至另一分子 ( 单 体或引发剂 ) 产生初级自由基 .光敏剂本身并不消耗或改变结构 , 可以看作是光化学反应的催化剂 , 提高光化学反应的量子效率 光敏剂 ( P S ) b yli g h t ( P S ) *(激发态生成)(PS)*+单体或引发剂初级自由基+PS（基态）常见的光敏剂CONCH3CH3NH3CH3CCO米蚩酮（MK）

11、二苯甲酮（BP）当光源条件给定时，光引发剂和光敏剂发生作用的要求具有合适的吸收光谱（与光源匹配否）和消光系数引发量子效率高光敏剂，光引发剂及其断裂产物不参与链转移和链终止反应光引发剂和光敏剂应有一定的热稳定性.与反应体系互溶，无毒,无气味以及不使反应产物发黄等特性.光交联原料：线形高分子或线形高分子与单体产物：不溶性的网状聚合物应用:光固化油墨 ,印刷制版 ,光敏涂料 ,光致抗蚀剂交联反应链聚合非链聚合含双键必须加光敏剂带有不饱和基团的高分子 : 丙烯酸酯 , 不饱和聚酯 , 不饱和聚乙烯醇衍生物 , 不饱和聚酰胺等 硫醇与烯烃分子 .（ 加聚反应 ）饱和高分子 .（ 链转移作用 ,夺氢或卤原

12、子 ,产生活性中心 ,或光解断裂产生自由基 ）（ 卤代聚合物 含硫高分子 ）链聚合非链聚合高分子与交联剂 （光敏剂重铬酸盐 , 重氮盐和芳香族叠氮化合物 ） 带有可以发生光聚合反应官能团的高分子 （ , - 不饱和羰基最为常见 .） 注意:体系中 ,光敏剂是必需的光敏涂料优点:固化速度快不需加热 , 耗能少污染少便于流水线作业缺点:不适合形状复杂物体的涂层价格高光敏涂料表面涂料 : 装饰和保护层 光致抗蚀剂 : 制造印刷电路板 光敏涂料体系的组成 : 光敏预聚物 光引发剂和光敏剂 稀释剂 添加剂 光敏预聚物 分子量 :1000-5000 分子链中有一个或多个可供进一步聚合的反应性基团 固化速率

13、随预聚物分子量 , 反应性基团数目和粘度的增加而提高 不饱和聚酯 （应用最广 ）, 丙烯酸改性聚氨酯 , 丙烯酸改性环氧树脂等 .一 , 光刻工艺光致抗蚀剂光刻胶 （photoresist）: 又称光致抗蚀剂 , 由感光树脂 , 光敏剂和溶剂三部分组成的对光敏感的混 合液体 .光刻即光刻腐蚀1, 原理光刻工艺是利用感光性树脂材料作为抗蚀涂层 . 这类感光树脂在光照 （主要是紫外光 ）时, 短时间 内即能发生化学反应 , 使得这类材料的溶解性 ,熔融性或亲和性在曝光后发生明显的变化 , 利用这 些性能在曝光前后发生的明显差异 , 只要控制光照的区域就可得到所需要的几何图形保护层 . 2, 光刻工

14、艺过程 光刻过程示意图1. 光致抗蚀剂层2. 基材3. 掩膜 衬底硅 光刻 SiO2 膜 光致抗蚀剂 掩模版 衬底硅 紫外光 涂光致抗蚀剂 曝光 显影 衬底硅 腐蚀 衬底硅 去胶 衬底硅 SiO2 按照化学反应原理和显影原理 , 光致抗蚀剂可分为正性和负性两大类 . 正性: 光照使光致抗蚀剂发生光分解或其他反应负性: 光聚合或光交联反应 按曝光光源分类 紫外线致抗蚀剂 ,远紫外线致抗蚀剂 ,电子束光致抗蚀剂 ,x 射线光致抗蚀剂 , 离子束光致抗蚀剂 . 二 , 光致抗蚀剂对光致抗蚀剂的一般要求 : 容易形成均匀的薄膜 ;对光或射线的灵敏度高 ; 形成图像的清晰度或分辨率高 ; 显影时应该除去

15、的部分能迅速的溶解掉 ; 作为图像的保护膜应具有一定的牢度和强度 ; 储存稳定性好 ;具有与细微光刻要求相适应的化学和物理特征 .三, 负性光致抗蚀剂 （ 负性胶 ）1. 聚乙烯醇肉桂酸酯光敏剂:N-甲基-2-苯甲酰基-B -萘并噻唑啉柯达公司发明 聚乙烯醇 +肉桂酰氯 性能优良 ,柔韧性 ,附着力需改进2. 环化橡胶 （ 顺式聚异戊二烯 ）催化剂 :对甲苯磺酸 ,溶剂: 甲苯 环化产物 : 分子量为 60000, 不饱和度 6-8mol/g 1）环化反应同时发生聚合物降解反应 , 降低聚合物的分子量 , 有利于配制浓度较大的聚合物溶液 最终能获得符合成像要求的胶膜厚度 .2）环化反应后 ,聚

16、合物中双键数目减少 , 不易产生自身交联 ,便于储存和操作 ,质量稳定 . 环化的作用光敏剂双叠氮类化合物 , 如 :2,6- 双（4- 二叠氮苯亚甲基 ）环己酮 双亚氮化合物能与环化橡胶的双键快速反应交联双亚氮化合物3. 不饱和聚酯分辨力高溶解性好耐腐蚀 , 粘附性好 广泛用于硅 , 二氧化硅 , 铜, 石英的刻蚀 四, 正性光致抗蚀剂 （ 正性光刻胶 ） 光敏剂为邻叠氮醌混合物 , 酚醛树脂 . 曝光后发生光化学反应 , 使抗蚀剂从油溶性转为水溶性 , 碱 溶液显影 , 光照部分溶解光致变色高分子材料光致变色聚合物 在光的作用下能可逆的发生颜色变化的聚合物 .1. 概述材料光化学结构可逆变

17、化最大吸收波长改变颜色变化注意! 不可逆过程不属于光致变色对光致变色材料的研究始于 20 世纪初 , 功能性染料在光的照射下有颜色或颜色变化 , 停止光照回 复 , 卤化银功能性光致变色染料为小分子 , 不便于制造器件 将光致变色的染料引入到高分子的主链或侧链中 , 或者共混 , 开发光致变色高分材料 应用前景诱人 :调光窗,护目镜,防伪材料 ,伪装隐蔽等光致变色原理 无色或浅色变为深色 深色变为无色或浅色正光致变色负光致变色光致变色原理光化学过程光物理过程互变异构 ,顺反异构 ,开环反应 ,生成离子等 , 偶氮苯 基态 吸光跃迁 激发三线态 激发三线态 吸收光谱变化 , 光致变色2. 光致变

18、色聚合物 小分子 高聚物 共混 共聚, 接枝 含硫卡巴腙络合物的光致变色聚合物 含偶氮苯的光致变色高分子 含螺苯并吡喃结构的光致变色高分子 氧化还原型光致变色聚合物 含硫卡巴腙络合物的光致变色聚合物 硫卡巴腙入 max=49Onm入 max=58Onm橘红色 暗棕色或紫色 含偶氮苯的光致变色高分子 稳定 不稳定入 max=35Onm入 max=310nm 负光致变色 吸收波长较短 变色前后的吸收光谱变化较小 热稳定性差 具有明显的光偏振效应 ,用一束偏振光就可通过双折射将信息写入,读出, 擦除,重写作为一种新型光信息存储材料 , 有超高密度存储 , 非破坏性读出特性 , 较短的开关时间 , 是

19、很有 发展前途的光学记录介质 .含螺苯并吡喃结构的光致变色高分子 变色明显 , 无色深色 (55Onm) 研究最多 , 应用最广 高分子骨架可为聚甲基丙烯酸酯或与丙烯酰胺的共聚物 ,聚肽, 缩聚物 高分子化后 , 退色速率下降 4OO-5OO 倍 原因: 吸收光能前后分子结构变化幅度大 ,需要较大的空间条件 ,高分子骨架对螺苯并吡喃的活动 有束缚作用 信息存储元件 : 受不同强度和波长光照射时可反复循环变色的特点 , 可以制成计算机的记忆存储 元件, 实现信息的记忆与消除过程 ,其记录信息的密度大得难以想象 ,抗疲劳性能好 ,能快速写入 和擦除信息 .装饰和防护包装材料 : 可用作指甲漆 ,漆

20、雕艺品 ,T 恤衫 ,墙壁纸等装饰品 .可将光致变色化合物加 入到一般油墨或涂料中制成丝网印刷油墨或涂料 ; 还可制成包装膜 , 建筑物的调光玻璃窗 , 汽车及 飞机的屏风玻璃等 ,防护日光照射 ,保证安全 .做成护目镜 ,防止阳光 ,激光,电焊光的伤害 .3. 应用光致变色玻璃(3) 自显影全息记录照相 : 在透明胶片等支持体上涂一层很薄的光致变色物质 ( 如螺吡喃 , 俘精 酸酐等 ) , 其对可见光不感光 , 只对紫外光感光 ,从而形成有色影像 . 分辨率高 ,不会发生操作误差 影像可以反正录制和消除 . 国防：对强光特别敏感，可以制作强光辐射剂.能测量电离辐射，探测紫外线,x射线，丫射

21、线 等的剂量 . 如将其涂在飞船的外部 , 能快速精确地计量高辐射的剂量 . 还可以制成多层滤光器 , 控 制辐射光的强度 , 防止紫外线对人眼及身体的伤害 . 如果把高灵敏度的光致变色体系指示屏用于 武器上 , 可记录飞机 , 军舰的行踪 , 形成可褪色的暂时痕迹 .(5) 防伪技术 ： 防伪技术有两种方法 , 一是通过直接观察获得 , 另一种是通过对防伪标示的检查而 验证产品的真实性 . 水印 , 全息照片 , 显微印刷属于第一种 , 而有机光致变色材料用于防伪系统 , 属于第二种 . 其颜色角度效应无法用高清晰度的扫描仪 , 彩色复印机及其它设备复制 , 印刷特征用 任何其他油墨和印刷方

22、式都无法效仿 .光导电高分子材料光导电性能在光的作用下 , 导电性能发生变化的性质 .1. 概述光导电材料绝缘体导体光照无光照电阻率非常高电阻率明显下降核心 ： 物质具有吸收特定波长的能量 , 使得材料中载流子数目增加的能力2. 光导电机理通常情况 ： 材料内部电子被束缚 , 载流子少吸收光能 ： 产生载流子的必要条件h u电子空穴导带价带禁带真空能级h u Eg(1) 光活性高分子中的基态电子吸收光能至激发态 ,形成电子 -空穴对(2) 电场作用下 ,电子-空穴对解离 ,产生自由电子或空穴成为载流子 , 产生光电流 .电子受体接受激发到导带中的电子转移 , 使空穴和电子对分开 , 空穴作为载

23、流子电子给体将材料中的空穴填满 , 留下自由电子作为载流子 本征光生载流子 ： 材料吸光产生新的载流子 需要的光子能量较高 , 如聚乙烯咔唑 (PVK)需要吸收紫外线才能激发出本征型载流子 .非本征光生载流子 : 解离过程需要在分子内或分子间具有电子受体或电子给体 电子受体或电子给体激发能较低 , 称为敏化剂 .电子受体 接受激发到导带中的电子转移 , 生成电荷转移络合物 . 三硝基芴酮 四腈代二甲基对苯醌 四氯苯醌 四腈基乙烯 电子给体有机颜料 (色素), 孔雀绿 ,结晶紫等 . 自身的光谱吸收在可见光区 ,吸光后将其价带电子从价带激 发到导带 . 相邻光导电聚合物中价带电子转移到色素空出来

24、的最高占有轨道 ,完成电荷转移 , 留下 空穴作为载流子 .3. 光导电聚合物的结构类型(1) 高分子主链中有较高程度的共轭结构 载流子为自由电子线形共轭导电高分子材料 , 在可见光区有很高的吸收系数 , 吸光后产生载流子 , 光导电能力大大增 加, 光导电性质强 稳定性和加工性差 没有获得广泛应用聚苯乙炔 , 聚噻吩研究较多(2) 高分子侧链上连接多环芳烃 , 萘基 , 蒽基 , 吡基蒽研究较多 在紫外线部分显示光导电性 合成较难 , 膜较脆 蒽基 萘基 吡基(3) 高分子侧链上连接芳香胺基或含氮杂环咔唑基最重要通过带咔唑基的单体均聚或共聚合成优点 : 可设计性较强4. 光导电聚合物的应用静

25、电复印激光打印光电传感器光敏电阻光电池最重要(1) 静电复印充电: 在暗处用电晕装置对感光鼓充电 ,使其表面均匀的带上一定极性和数量的静电荷,即具有一定的电位 .曝光: 暗处电阻大 ,绝缘体 ;明处电阻小 ,导体.曝光,光照区表面电荷放电消失 ,无光照区 ,电荷保 持, 形成表面电位随图像明暗变化而起伏的静电潜像.充电, 曝光,显影,转印,分离,定影,清洁,放电显影：用带电色粉使感光鼓上的静电潜像转变为可见的色粉图像，色粉所带电荷与感光鼓表面的电荷极性相反.显影时色粉被吸附.静电潜像电位高的部分，吸附色粉的能力越强，反之相反.不可 见的静电潜像变成了可见的与原稿浓淡一致的不同灰度层次的色粉图像

26、转印：用转印电晕在复印纸背面充上与色粉相反的电荷，将复印纸紧贴感光鼓，由于转印电晕的电场力比感光鼓吸附色粉的电场力强得多，感光鼓上的色粉图像就转移到复印纸上分离：用分离电晕，分离爪等将复印纸从紧贴的感光鼓上剥离定影：把复印纸上的不稳定的，可抹掉的色粉图像固着.通过转印，分离转移到复印纸上的图像，并未与复印纸融为一体，易被擦掉.通过加热加压，使墨粉中的热固性树脂固化，使墨粉牢牢的粘附在复印纸上.清洁：用刮板，毛刷或清洁辊清除感光鼓表面残留的色粉消电：用全面曝光或消电电晕对感光鼓进行反极性充电消除感光鼓表面残余电荷，以免影响后续复印过程光电传感器烟尘浊度监测仪：防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一

27、.为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量,因此必须对烟尘源进行监测，自动显示和超标报警.烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的.如果烟道浊度增加，光源发岀的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输岀信号的强弱便可反映烟道浊度的变化 把光敏电阻连接到外电路中，在外加电压的作用下，用光照射就能改变电路中电流的大小.灵敏度高，光谱特性好，光谱响应可从紫外区到红外区范围内，体积小，重量轻，性能稳定，价格便宜，因此应用比较广泛.光敏电阻Thank you !光学高分子材料简述及性能表征更新时间：2010-2-25 9:16:57（编辑：旺牛）?摘要：

28、高分子材料 在光学领域得到了广泛的应用，作为大型光学元器件的背投屏幕更是利用先进的高分子材料 技术获得了各种优异的性能。简单介绍了背投屏幕的分类、材料和制造工 艺，以及 光学高分子材料 的历史、分类和新的发展，以及主要性能表征。前言：背投屏幕是背投显示的终端，在很大程度上影响整个光学显示系统的性能。背投屏幕分为背投软质屏幕、背投散射屏幕和背投光学屏幕。背投软质屏幕具备廉价、运输安装方便等优点，但是亮度均匀性比较差、严重的“亮斑效应”、光能利用率低、可度小等。分辨率低和对比度低。散射屏幕大、低、“亮斑效应”明显。采用不同的工艺制造。有些采用在压克力 板材表面进行雾化处理，增加散射。有些应用消眩I

29、光玻璃模具复制表面结构，基材内添加光扩散剂及调色剂制造。有些为降低成本直接在透明塑料板材表面粘贴软质屏幕制造。现在应用最 广泛的就是微结构 光学型影屏幕。光学型影屏幕指的是利用微细光学结构来完成I光能分布、实现屏幕 功能的这一类屏幕。主要有 FL型(Fresnel len s-le nticularlenses八 FD型(Fre nsn ellens-Diffusion cover)、 FLD型(Fresnel lens-Lenticular lenses-Diffusion cover)、 BS型(Fres nel le ns-Le nticular len ses-Black strips

30、)。微光学结构复制主要采用模压或铸造等复制。铸塑又称浇铸，它是参照金属浇铸方法发展而来的。该成型方法是将已准备好的浇铸原料(通常是单体，或经初步聚合或缩聚的浆状聚合物与单体的溶液等)注入一定的模具中，使其发生聚合反应而固化，从而得到与模具型腔相似 的制件。这种方法也称为静态铸塑法。静态铸塑可用来将电铸镍模具板上的微|光学图形转移到塑料表面。铸塑法得到的制件无针眼，无内力应变，无分子取向。重要的是，对于非晶态塑料 来说，静态铸塑得到的制件相对于其它工艺一般具有更高的透光率，表现出优越的|光学性质。光学屏幕属于大微 光学元件，由于体积较大用模压工艺生产存在加工设备复杂、成本高、合格 率低的缺点，主

31、要用浇铸工艺来生产。正文：高分子材料 应用于 光学领域最早由 Arthur Kingston开始，他于1934年取得了注射 成型塑料透镜的专利，并将其用在了照相机中。1937年，R. F. Hun ter公司制造岀了全塑料透镜的照相机。在二战期间光学高分子材料被广泛用来制作望远镜、瞄准镜、放大镜及照相机上的透镜。由于受材料的品种少、质量差、加工工艺落后等条件的限制，战后在|光学领域中的应用曾一度下降。60年代后，随着合成的发展，光学高分子的品种不断增加，加工工艺也得到了改善，同时岀现了表面改性，这些因素促成了光学高分子的迅速发展，并形成了独立的光学高分子市场。与传统无机 光学材料相比，尽管 光

32、学高分子 材料的耐热性、耐候性、耐磨性、耐溶剂性、 抗吸湿性及光学均一性（双折射、光学畸变）较差，折射率、色散范围较窄，热膨胀系数较大， 但是聚合物 光学材料具有密度小、耐冲击、成本低、加工成型容易等优点，近年来得到了广泛 的应用。常用 光学高分子 材料有烯丙基二甘醇二碳酸酯等几种热固性树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-丙烯腈共聚物等热塑性 光学树脂。表1-1列岀了一些常用光学高分子材料的特性。由于传统 光学塑料的性能无法满足人们对高性能光学元器件的要求，因此近年来又开发了一些新型光学塑料。如 KT-153螺烷树脂，日本东海 光学公司研制的这种螺烷树脂是

33、一种含螺 烷核的化合物；OZ-1000树脂，具有特殊脂环基结构的甲基丙烯酸酯类的均聚物或共聚物的；TS-26树脂，这种树脂是由苯乙烯、甲基丙烯酸乙酯和三溴苯乙烯作为共聚单体，铸塑时形成三维交联结构；APO树脂，是日本三井石油工业公司新开发的一种光盘基板材料，是由乙烯与双环链烯及三环链烯等环状烯烃共聚合成的非晶态聚烯烃共聚物；MR系列树脂，是日本三井东亚公司于20世纪80年代后期研制岀的新型 光学树脂，它是由带有芳环的异氰酸酯与多 硫醇化合物通过聚加成反应得到的一类硫代氨基甲酸酯树脂。MH系列树脂，是日本合成橡胶公司合成的具有多环官能基的透明聚合物，可注射成型，用于制作透镜或其它光学元件。还有其

34、它一些近年来研制岀来的光学树脂，如德国巴依尔公司研制的E818光学树脂；1993年HOYA公司推岀的EYAS树脂；1997年HOYA公司推岀目前已经商品化的折射率最高的眼睛片用树脂材 料等。光学高分子 材料种类繁多，应用也不尽相同，但一般都包含三大类指标：|光学性能、机械性能、热学性能。光学性能主要包括折射率和色散、透过率、黄色指数及光学稳定性。折射率和色散是光学材料的最基本性能。在透镜设计中，为使透镜超薄和低曲率必须寻求高折射率的 光学材料，而校正色差要求有两组阿贝数不同的材料，即冕牌系列（低色散，阿贝数50）和火石系列（高色散，阿贝数40）。光学玻璃的折射率和色散有较大的选择余地，而光学塑

35、料的选择范围却十分有限，尤其是冕牌系列光学塑料。透明塑料折射率的测定最常用的方法是折射仪法。阿贝折射仪是最广泛用于测定折射率的折射仪。透过率是表征树脂透明程度的一个重要性能指标，一种树脂的透过率越高，其透光性就越好。透过率的定义为：透过材料的光通量（T2）占入射到材料表面上的 光通量仃1）的百分率。任何一种透明材料的透 光率都达不到100%,即使是透明性最好的 光学玻璃的透 光率一般也难 以超过95%。聚合物光学材料在紫外和可见 光区的透光性和光学玻璃相近，在近红外以上区域不可避免 的出现碳氢振动所引起的吸收。通常，光学塑料在可见 光区透光率的损失主要由以下三个因素造成：光的反射；光的散射；|

36、光的吸收。黄色指数是无色透明材料质量和老化程度的一项性能指标，由分|光光度计的读数计算而得，描述了试样从无色透明或白色到黄色的颜色变化。这一实验最常用于评价一种材料在真实 或模拟的日照下的颜色变化。而对于透明塑料材料来说，由于原料纯度或加工条件等因素的影 响，可能自身带有一定颜色。光学树脂如同多数有机物质一样存在着耐候和耐老化问题，因此树脂的结构和加工工艺以 及使用环境对树脂的 光学性能有较大的影响。在一定使用期限内，光学参数的稳定性尤为关键，这个指标直接决定产品的使用性能。采用人工加速老化中的全紫外线老化的方法检测树脂 的光学稳定性。全紫外线老化法主要模拟阳光中的紫外线全紫外线强度比相应太阳

37、紫外强度高几倍。正是短波紫外线对有机材料老化起了主要作用，这样会大大地提高了老化加速率，也 是全紫外老化的最突出优点。同时可以进行温度、湿度、雨淋等环境因素的模拟。这一老化方 法其紫外强度等参数可以监控，试验重复性好。韧性（耐冲击性能）和表面硬度（耐磨性）是光学高分子 材料的重要机械性能。冲击强度是衡量材料韧性的一种强度指标。冲击强度是使材料在冲击力的作用下折断，通常把折断时截面吸收的能量定义为材料的冲击韧性。冲击实验主要有弯曲梁式（摆锤式）冲击、落锤式冲击和高速拉伸试验三类。-碳键可以自由旋；带有较大侧基的聚无定型聚合物的韧性主要与其分子结构有关。主链上酯键、醚键、碳转，因而材料具有较好的韧性，如PC是光学塑料中抗冲击性能最好的材料合物（如PVC, PMMA, PS等），因主链上可以自由旋转的基团较少或旋转时不对称，因而韧性相对较差44硬度是衡量材料表面抵抗机械压力的能力，可定义为：材料对形变（特别是永久形变）、压痕或刻痕的抵抗能力。对于透明塑料材料，特别是光学树脂的硬度通常可以采用铅笔硬度。耐磨性与结构关系密切。交联树脂比未交联树脂耐磨性显着提高，如用于制造眼镜片的CR-39树脂、KT-