2025年大学《资源化学》专业题库- 光敏高分子材料在光学中的应用

2025年大学《资源化学》专业题库——光敏高分子材料在光学中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。下列每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确选项前的字母填在题后的括号内。）1.下列关于光敏高分子材料定义的描述，最准确的是（）。(A)在热作用下能发生物理化学变化的聚合物(B)容易发生光降解的聚合物(C)本身或经功能化后，能吸收特定波长光并发生可逆或不可逆的物理化学变化的聚合物(D)添加了光引发剂后可用于光聚合的预聚体2.能够实现可逆光致变色现象的光敏高分子材料，其光敏基团的共同特征通常包括（）。(A)分子结构中具有强吸电子基团(B)在光照下能形成稳定的自由基(C)具有较大的氧化还原电位差(D)变色后的状态在黑暗中能长期稳定存在3.在光刻技术中，用作正型光刻胶的光敏高分子，其分子结构中的光敏基团在曝光后通常会（）。(A)发生还原，失去光敏性(B)发生氧化，失去光敏性(C)发生异构化，但光敏性不变(D)发生分解，失去大分子结构4.下列哪种材料通常被用作光致交联型光敏树脂？（）(A)含有吲哚满类光敏基团的高分子(B)含有偶氮苯类光敏基团的高分子(C)含有乙烯基或丙烯酸酯基团，并添加光引发剂的高分子(D)含有二苯甲酮类光敏基团的高分子5.光致抗蚀剂在光刻工艺中主要利用了光敏高分子材料在光照下发生（）的性质。(A)溶解度变化(B)密度变化(C)化学结构可逆变化(D)体积膨胀6.提高光敏高分子材料光致变色灵敏度的途径之一是（）。(A)增大光敏基团在聚合物链中的间距(B)降低光敏基团的浓度(C)选择吸收系数小的光敏基团(D)使用波长较长的光源7.在全息存储应用中，光敏高分子材料需要具备的特点之一是（）。(A)光学灵敏度极高(B)光学稳定性极差，易于擦除(C)能够记录并长期保存干涉条纹(D)对不同波长的光响应相同8.光敏高分子材料在智能窗应用中，主要利用了其（）的特性。(A)光致变色(B)光致发光(C)光致分解(D)光致导电9.下列哪种方法不属于利用光敏高分子材料进行微纳加工的范畴？（）(A)光刻(B)投影光刻(C)电子束刻蚀(D)光致抗蚀技术10.光聚合引发剂在高分子光敏体系中通常扮演的角色是（）。(A)直接吸收光能并发生变色(B)传递单线态能量给聚合单体(C)催化聚合产物的降解(D)提高材料的光学透过率二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填写在横线上。）1.光敏高分子材料通常由两部分组成：主体__________和光敏__________。2.光致变色效应通常伴随着分子结构的变化，如偶氮苯的光致变色涉及__________异构和__________异构之间的转化。3.在光致交联或光致断链的光敏高分子体系中，光敏剂的作用是吸收光能，产生__________或__________，进而引发聚合或断开化学键。4.光刻胶的性能指标主要包括分辨率、__________、__________和抗蚀性等。5.全息记录利用了光的__________和__________原理，需要记录物光和参考光之间的干涉信息，而光敏高分子材料作为记录介质，需具备良好的__________和__________。6.智能窗中的光敏材料通常需要能够响应可见光或__________，通过改变材料的__________来调节进入室内的光线强度。7.光聚合反应通常分为三个阶段：链引发、链增长和__________。8.影响光敏高分子光致变色效率的因素包括光敏基团的__________、聚合物的__________、环境温度以及所用光源的__________等。9.光敏高分子材料在光存储领域的一个关键挑战是如何实现__________和__________的精确控制。10.常见的用于光聚合的光敏基团包括__________类、__________类和蒽醌类等。三、简答题（每小题5分，共15分。请简要回答下列问题。）1.简述光敏高分子材料实现光致变色效应的基本原理。2.与热致变色材料相比，光致变色材料具有哪些主要优点？3.在光刻工艺中，正型光刻胶和负型光刻胶的工作原理有何不同？四、论述题（每小题10分，共20分。请结合所学知识，回答下列问题。）1.论述光敏高分子材料在光电器件（如光传感器、光开关）中可能的应用途径及其面临的挑战。2.选择一种具体的光敏高分子材料（如光致变色聚乙烯醇、光聚合型环氧树脂等），分析其结构特点、光敏机理以及在某一特定光学应用中的优势和局限性。试卷答案一、选择题1.C2.C3.B4.C5.A6.A7.C8.A9.C10.B二、填空题1.主体聚合物，光敏基团2.环式，平面式3.光子，自由基4.溶解性，灵敏度5.干涉，衍射，记录能力，稳定性6.红外线，光学透过率7.链终止8.光吸收系数，聚集状态，波长9.写入，擦除10.偶氮苯，蒽醌三、简答题1.光敏高分子材料在特定波长光照射下，其分子中的光敏基团吸收光能，从基态跃迁到激发态。激发态分子发生异构化、电子转移或其他化学反应，导致其分子结构、吸收光谱或颜色发生改变。当光照射停止后，激发态分子通过系间窜越或荧光发射回到基态，颜色恢复到原来的状态。2.光致变色材料的主要优点包括：变色过程可逆，且通常在黑暗中稳定；变色响应速度快；可实现无功耗或低功耗工作；可通过控制光照条件实现开关或信息记录功能；颜色变化对环境因素（如温度、湿度）不敏感或敏感度可控。3.正型光刻胶在未曝光区域对溶剂具有亲和力，在曝光区域失去亲和力。显影时，未曝光区域溶解被洗掉，留下与原始图案相反的固体图案。负型光刻胶在未曝光区域对溶剂失去亲和力，在曝光区域获得亲和力。显影时，曝光区域溶解被洗掉，留下与原始图案相同的固体图案。四、论述题1.应用途径：光敏高分子可用于制造各种光电器件。例如，利用其光致变色特性制作光开关，通过光照改变材料的透光率或折射率来控制光的传输；利用其光致导电特性制作光传感器，通过光照改变材料的导电性来检测特定物质或环境变化；利用其光致聚合特性制作光电器件的有机半导体层、有机发光二极管（OLED）的有机层等。面临的挑战包括：提高光敏响应效率和速度；增强材料的稳定性（光学、化学、热稳定性）；降低工作所需的激发光强度；实现器件的集成化和小型化；提高材料的长期可靠性和使用寿命。2.（示例：选择光致变色聚乙烯醇）结构特点：聚乙烯醇主链，侧基或链节中引入光致变色基团（如螺吡喃、吲哚满等），通常为半酯结构。光敏机理：光致变色基团吸收特定波长的光后，分子结构发生异构化（如螺吡喃的开环异构），导致分子偶极矩发生变化，进而引起材料的光学性质（如吸收光谱、透光率）发生可逆变化。应用优势：聚乙烯醇具有良好的成膜性，易于加工成薄