新型聚合物的结构与性能要点.doc

第X期高分子学报 No. X 2014 年X月 ACTA POLYMERICA SINICA Mar., 2014 投稿栏目:(5 号楷体) 新型聚合物的结构与性能 DR13 PMMA 的制备及其光学特性摘要在聚***丙烯酸甲酯(PMMA) 中掺入偶氮染料 DR13 并制成薄膜样品,以调制的线偏振 Ar+ 激光(514 nm,CW) 作为控制光,He-Ne 激光( nm,CW) 为信号光, 研究了样品的光致双折射效应及全光开关效应。对偶氮化合物染料分散红 13(DR13) 与聚合物聚***丙烯酸甲酯(PMMA) 复合薄膜; 利用分光光度计测量样品的吸收光谱; 利用棱镜耦合仪测量了薄膜的厚度和折射率, 并对不同波长下的折射率进行拟合得到折射率色散曲线。并且利用阻抗分析仪,对其介电性能进行表征与分析。关键词全光开关效应;偶氮染料;光致异构;光学性能;介电性能 1 前言 研究的意义 21 世纪是一个以网络为核心的信息时代, 由于在与人们生活密切相关的各部门对信息的需求与日俱增以及计算机存储容量的增加和其它数据过程设备的发展, 人们期待着新一代网络-全光网络的诞生。全光网络是光通信技术的未来, 而全光开关是全光网络的关键器件之一。近年来国内外很多研究小组在聚合物全光开关的结构、材料及控制方式等方面作了很多努力, 提出了不少方案。这些光开关, 有的虽然控制光光强较低, 但开关响应时间太慢; 有的虽然开关响应时间较快, 但所需控制光功率太高。为了研制在较低控制光功率下实现较快开关响应时间的全光开关, 在近期的工作中, 我们在聚***丙烯酸甲酯中掺入一定的 DR 13 染料并制成薄膜材料, 利用偶氮染料的光致异构诱导材料的双折射效应, 在毫瓦量级的控制光功率下实现了响应时间为几个毫秒的全光开关效应。这与目前流行的微光机电系统开关的速度相近。而且, 有机聚合物薄膜材料制备工艺简单, 成本较低, 无磨损, 且容易在一片薄膜上大量集成, 所以, 这种光开关很有应用潜力, 值得深入研究。 偶氮有机染料的光学性质 .1 偶氮染料的二向***一般地, 分子对光的吸收率在不同的方向不同, 表现出一定的方向性。二向***就是在相互垂直方向上的吸收系数之差; 宏观上材料的二向***表现为在同的方向具有不同的吸收系数, 它一方面与分子的二向***有关, 同时也与材料分子的排列形式有关; 一般地, 在晶体中传播的寻常光和非常光的吸收系数也不一样, 这样在通过很短的距离后就能很快被吸收。偶氮合物材料中的生色团分子的光致异构特性一方面使得分子整个材料具有旋光性,另一方面生色团分子中的苯 2高分子学报 2014 年环与 N=N 双键形成的共轭键, 使得电子的跃迁能级变小, 因而偶氮苯聚合物材料具有良好的二向***。图1 偶氮聚合物材料中的二向*** 偶氮染料的光致异构当用光照射偶氮染料表面时, 偶氮材料会发生光致异构和方向重构。当将偶氮苯掺杂在聚合物链上时, 连续的光致异构导致了一系列生色团甚至是宏观分子团的运动, 即使是将偶氮苯溶解于聚合物薄膜中也会有类似的运动情况,这些运动大体上可以分为三类, 如图 2 所示图2 分子团运动及表面栅结构示意图 l) 分子层面上的 trans 一 CIS 光致异构运动, 减弱了偏振方向的生色团浓度;2) 畴结构层的极化生色团重定畴域的方向;3) 分子团层的光致聚合物宏观运动, 刻写材料的表面形成栅结构。第一层是分子层面上的生色团运动, 它受偏振光的影响。用线偏振光照射时, 只有极化方向平行于偏振光方向的生色团才能被激励产生光致异构, 而垂直于偏振光方向的生色团则几乎不被激励, 并且其浓度越来越大。第二层是纳米级的畴运动。这一层运动和第一层一样也需要将偶氮苯掺杂到聚合物链中去或者是成为组织结构严密的一部分。第三种运动形式是宏观层面上的, 发生在微米甚至毫米尺度范围。仍然是将偶氮苯掺杂到聚合物薄膜中, 这种运动包括材料的分子团运动。这种运动的动力来源于光强度光致异构样式和光电场等所形成的压力梯度。 偶氮染料的旋光性含偶氮苯聚合物的偶氮基团在偏振光的照射下会发生光致方向改变, 使聚合物由原来的各向同性转变为各向异性, 一开始在液晶和无定形态含偶氮苯聚合物薄膜中均发现大的线性双折射。在无定形态聚合物中的光照区域形成宏观的手性结构, 而在液晶材料中形成很多宏观的手性畴。光轴的全部旋转角度取决于激励光的椭圆率, 相应的, 也就是取决于光致线性双折射。材料的光致手性结构的左手或右手性的形成仅取决于入射光偏振面的旋度的光敏感性, 这种新颖的现象就构成了光驱动偏振开关的形成基础。 3期第一作者等:正标题 3 图3 课题组的研究研究内容课题组研究人员研究的目的不同生色团对聚合物薄膜全光开关效应的影响华南理