功能高分子材料课件第七章光敏高分子材料
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功能高分子材料课件第七章光敏高分子材料
力学性能
硬度
光敏高分子材料通常具有一定的硬度 ，能够抵抗外部压力和摩擦力，保持 稳定的性能。
韧性
耐磨性
良好的耐磨性使光敏高分子材料能够 在长期使用中保持表面的光滑度和清 晰度。
光敏高分子材料具有一定的韧性，能 够在承受冲击和弯曲时保持完整性。
电学性能
导电性
部分光敏高分子材料具有导电性，能够传输电荷，在电场作用下 产生电学响应。
目前，研究者们正在研究如何通过合成新型的环境友好型光敏高分子材料，以实现 环保和可持续发展的目标。
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电致变色
一些光敏高分子材料在电场作用下能够发生颜色变化，从而实现 电致变色效应。
光导电性
一些光敏高分子材料在光的照射下能够导电，具有光导电性，可 用于光电转换器件。
04 光敏高分子材料的发展趋 势与挑战
新材料开发
新型光敏高分子材料的研发
随着科技的不断进步，新型光敏高分子材料不断涌现，如聚合物分散液晶、聚合 物稳定液晶等，这些新材料具有更高的光敏性能和稳定性，为光敏高分子材料的 应用拓展提供了更多可能性。
高性能光敏高分子材料
高性能光敏高分子材料是指具有 优异性能的光敏高分子材料，如 高感度、高分辨率、快速响应等
。
这类材料在光电子、生物医学、 信息存储等领域具有广泛的应用
前景。
目前，研究者们正在不断探索新 型的高性能光敏高分子材料，以 提高其性能并拓展其应用领域。
多功能性光敏高分子材料
01
多功能性光敏高分子材料是指具有多种功能的光敏 高分子材料，如光、电、磁等多功能一体化。
生物医学应用
光敏高分子材料在生物医学领域的应用不断拓展。利用光敏高分子材料的感光性质，可以实现光动力治疗、光热 治疗等新型治疗方法，为肿瘤治疗、皮肤病治疗等领域提供新的治疗手段。同时，光敏高分子材料还可以应用于 药物控制释放、生物成像等领域，为生物医学研究提供新的工具和手段。
第七章.光敏高分子材料
7.1.2.2 光交联反应：分为链聚合、非链聚合两类 光交联反应：分为链聚合、
反应物带有不饱和基团的线型高分子如丙烯酸酯acrylic 链 聚 合：反应物带有不饱和基团的线型高分子如丙烯酸酯 ester、不饱和聚酯unsaturated polyester、不饱和聚乙烯醇 、不饱和聚酯 、 unsaturated polyvinyl alchool、不饱和聚酰胺 、不饱和聚酰胺unsaturated polyamine 等。 非链聚合：具有硫醇和双键的分子间发生加成聚合反应， 非链聚合：具有硫醇和双键的分子间发生加成聚合反应，或在 连聚合反应中失去氢和卤原子而成为活性自由基的 饱和大分子。 饱和大分子。 由于速度较慢，所以要加入交联剂，如重铬酸盐 由于速度较慢，所以要加入交联剂， bichromate、重氮盐diazonium salt、芳香叠氮化合物 、重氮盐 、 aroma diazoimido compound
物质吸收光需要特定的分子结构，分子中对光敏感、 物质吸收光需要特定的分子结构，分子中对光敏感、能吸收紫 外和可见光的部分称为发色团(chromophore)。 。 外和可见光的部分称为发色团
光子
分子中 发色团
能量转移
分子内部 电子结构 改变
外层电子 可以从低 能态跃迁 到高能态
高能态 激发态
化学反应 物理反应
4）激发态的淬灭excited state quench：能加速激发态分子衰减到基态或 ）激发态的淬灭 ： 者低能态的过程。芳香胺 者低能态的过程。芳香胺(aromatic amine)，脂肪胺 aliphatic amine) ，脂肪胺( 是常见的有效淬灭剂，对光化学，物理都重要。 是常见的有效淬灭剂，对光化学，物理都重要。 5）分子间或分子内的能量转移过程：吸收光子级产生激发态的能量可 ）分子间或分子内的能量转移过程： 以在不同分子或者同一分子的不同发色基团之间转移， 以在不同分子或者同一分子的不同发色基团之间转移，转移出能量 的一方为能量给体，另一方为能量受体。 的一方为能量给体，另一方为能量受体。 辐射能量转移机理： 辐射能量转移机理：能量受体接受了能量给体发 成为激发态。能量给体则回到基态。 射出的光子而 成为激发态。能量给体则回到基态。 能量转移方式 无辐射能量转移机理：能量给体和受体直接作用， 无辐射能量转移机理：能量给体和受体直接作用， 给体失去能量回到基态， 给体失去能量回到基态，受体接受能量跃迁到高 能态，完成转移过程。 能态，完成转移过程。
7第七章--光敏高分子材料
能够使激发态分子以非光形式衰减到基态或者低能态的过程 称为激发态的淬灭。
淬灭过程是光化学反应的基础之一。芳香胺和脂肪胺是常见 的有效淬灭剂，空气中的氧分子也是淬灭剂。
2020/4/14
5、分子间或分子内的能量转移过程 激发态的能量可以在不同分子或者同一分子的不同发色团之
间转移。 能量转移在光物理和光化学过程中普遍存在，特别是在聚合
移和化学反应，导致聚合物链断裂。 ②、光氧化降解过程
首先在光作用下产生的自由基，并与氧气反应生成过氧化合 物。过氧化物是自由基引发剂，产生的自由基进一步引起聚合物 的降解反应。
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③、催化光降解过程 当聚合物中含有光敏剂时，光敏剂分子可以将其吸收的光能
转递给聚合物，促使其发生降解反应。 光降解反应的表现： 不利方面----使高分子材料老化、机械性能变坏； 有利方面----可以使废弃聚合物被光降解消化，对环境保护有利；
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这种树脂具有环氧树脂的优点。
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②、不饱和聚酯 光敏涂料用的不饱和聚酯类光敏树脂是线性不饱和聚酯，一
般由含不饱和双键的二元酸与二元醇进行缩合反应而生成。 如，由l.2-丙二醇、邻苯二甲酸酐和马来酸酐缩聚可生成不
饱和聚酯类光敏树脂。
不饱和聚酯光敏涂料具有坚韧、硬度高和耐溶剂性好等特 点。
光敏剂应具有稳定的三线激发态。其激发能与被敏化物质 （如，光引发剂）要相匹配。
常见的光敏剂多为芳香酮类化合物。如苯乙酮和二甲苯酮。
②、光引发剂 光引发剂是指，吸收适当波长和强度的光能后，可以发生光
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物理过程至某一激发态，若该激发态的激发能大于化合物中某一 键断裂所需的能量，因而发生光化学反应，该化学键断裂，生成 自由基或者离子，成为光聚合反应的活性种。具备上述功能的化 合物均可以用作光引发剂。
淬灭过程是光化学反应的基础之一。芳香胺和脂肪胺是常见 的有效淬灭剂，空气中的氧分子也是淬灭剂。
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5、分子间或分子内的能量转移过程 激发态的能量可以在不同分子或者同一分子的不同发色团之
间转移。 能量转移在光物理和光化学过程中普遍存在，特别是在聚合
移和化学反应，导致聚合物链断裂。 ②、光氧化降解过程
首先在光作用下产生的自由基，并与氧气反应生成过氧化合 物。过氧化物是自由基引发剂，产生的自由基进一步引起聚合物 的降解反应。
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③、催化光降解过程 当聚合物中含有光敏剂时，光敏剂分子可以将其吸收的光能
转递给聚合物，促使其发生降解反应。 光降解反应的表现： 不利方面----使高分子材料老化、机械性能变坏； 有利方面----可以使废弃聚合物被光降解消化，对环境保护有利；
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这种树脂具有环氧树脂的优点。
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②、不饱和聚酯 光敏涂料用的不饱和聚酯类光敏树脂是线性不饱和聚酯，一
般由含不饱和双键的二元酸与二元醇进行缩合反应而生成。 如，由l.2-丙二醇、邻苯二甲酸酐和马来酸酐缩聚可生成不
饱和聚酯类光敏树脂。
不饱和聚酯光敏涂料具有坚韧、硬度高和耐溶剂性好等特 点。
光敏剂应具有稳定的三线激发态。其激发能与被敏化物质 （如，光引发剂）要相匹配。
常见的光敏剂多为芳香酮类化合物。如苯乙酮和二甲苯酮。
②、光引发剂 光引发剂是指，吸收适当波长和强度的光能后，可以发生光
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物理过程至某一激发态，若该激发态的激发能大于化合物中某一 键断裂所需的能量，因而发生光化学反应，该化学键断裂，生成 自由基或者离子，成为光聚合反应的活性种。具备上述功能的化 合物均可以用作光引发剂。
光敏高分子材料
光敏高分子材料1. 概述光敏高分子材料是一种特殊的高分子材料，它具有对光的敏感性，能够在受到光的照射后发生一系列化学或物理变化。
这种材料具有广泛的应用潜力，在光学、光电子学、生物医学等领域得到了广泛的关注和研究。
2. 光敏高分子材料的分类根据光敏高分子材料的结构和机理，可以将其分为以下几类：2.1 光致变色材料光致变色材料能够在受到光照后改变其颜色，这种变色效应是由于材料内部的化学或物理结构发生了改变所致。
光致变色材料有着广泛的应用，如液晶显示屏、光学存储介质等。
2.2 光敏聚合物光敏聚合物能够在受到光照后发生聚合反应，从而改变其物理或化学性质。
这种材料常用于光刻工艺、光刻胶、光纤光缆等领域。
2.3 光敏降解材料光敏降解材料可以在光照下发生分解反应，从而改变物质的性质或失去其功能。
这种材料常用于药物递送系统、可降解材料等领域。
2.4 光敏流变材料光敏流变材料在受到光照后会发生形态变化，从而改变其流变特性。
这种材料常用于可调谐光学器件、人工肌肉等领域。
3. 光敏高分子材料的制备方法光敏高分子材料的制备方法多种多样，以下是几种常见的方法：3.1 光化学方法光化学方法是通过光照下进行化学反应来制备光敏高分子材料。
这种方法可以控制反应的位置、速率和产物，具有较高的选择性和灵活性。
3.2 光修饰方法光修饰方法是将已有的高分子材料用光敏分子进行修饰，从而赋予材料光敏性。
这种方法无需从头合成材料，节省了制备成本。
3.3 模板聚合方法模板聚合方法是在模板分子的作用下进行聚合反应，制备具有特定结构和功能的光敏高分子材料。
这种方法可以控制材料的形貌和性能。
4. 光敏高分子材料的应用领域光敏高分子材料具有广泛的应用潜力，以下是几个典型的应用领域：4.1 光刻工艺光敏高分子材料可用于光刻工艺中的光刻胶，用于制备微电子器件。
其优点是可调谐性好、制备成本低，能够满足不同工艺需求。
4.2 光学存储介质光敏高分子材料可用于制备光学存储介质，实现信息的写入和读出。
第7章 光敏高分子材料
一、光化学和光物理原理
• 光（包括可见光、紫外光和红外线）是光敏高分 子材料各种功能发生的基本控制因素，一切功能 的产生都是材料吸收光以后发生相应物理化学变 化的结果。物质吸收光子以后，可以从基态跃迁 到激发态，处在激发态的分子容易发生各种变化， 这种变化可以是化学的，如光聚合光降解；也可 以是物理的，如光致发光、光导电。
• 光导聚合物的应用 • 1、在静电复印和激光打印中的应用 • 2、光导材料在图象传感器方面的应用
利用在光照射下分子互变异构储存太阳能
思考题
1、简述光交联和光聚合。 2、简要介绍Jablonsky光能耗散图。 3、光敏涂料的光源选择有哪些方面可以考虑？ 4、光刻胶的定义。 5、简述深紫外光致刻蚀剂的原理及优点。 6、要提高光导电体的光电流，需要哪些条件。 7、光导电聚合物可能有哪三种结构形式？ 8、举例说明光照射下分子互变异构储存太阳能。
6）高分子光导材料 在光照下，电导率能显著增加的材料称为光导材料。 光检 测元件， 光电子器件。
7）光致变色高分子 材料吸收光以后，分子结构发生改变，引起吸收波长发生 显著变化，从而材料外观颜色发生变化的高分子材料为光致变色材料。
8）高分子光力学材料 在光作用下，材料分子结构的变化，引起外型尺寸变化， 光控机械运动。
电子束和x射线作为激发源。。。。
第三节 高分子光稳定剂
材料的老化；光老化；光化学反应；自由基； 一 、光降解和光氧化
光的吸收 光吸光度 光量子效率 高分 子材料中的吸光性添加剂和杂质对光的吸 收重要，染料和颜料
引发机理 自由基的产生 过氧自由基 光 敏物质
二、光稳定剂的作用机制
聚合物抗老化的两种方式：
光照引起分子结构改变。从而导致聚合物整 体尺寸改变的可逆变化称为光力学现象。
光功能高分子材料ppt课件
5.2 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
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
光 表面涂料：装饰和保护层 敏 涂 料 光致抗蚀剂：制造印刷电路板 光敏涂料体系的组成：
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
主 要 内 容
概述 光敏涂料 光致抗蚀剂 光致变色高分子材料 光导电高分子材料
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
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转 移能量或产生各种活性中间体而发生化 学反应。
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by l i ght
光引发剂（PI）
（PI）*（激发态生成）﹠
光敏高分子
❖㈠光交联型
❖ 采用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料,在光的作用下,其分子中的双键 被打开，并使链与链之间发生交联，形成一种不溶性的网状结构，而起 到抗蚀作用，这是一种典型的负性光刻胶。柯达公司的产品KPR胶即属
此类。
❖负性光刻胶
❖ 树脂是聚异戊二烯，一种天然的橡胶；溶剂是二甲 苯；感光剂是一种经过曝光后释放出氮气的光敏剂， 产生的自由基在橡胶分子间形成交联。从而变得不 溶于显影液。负性光刻胶在曝光区由溶剂引起泡涨； 曝光时光刻胶容易与氮气反应而抑制交联。
5）粘结力：涂层和低物的粘结力 影响：相容性，界面接触程度，涂层表面张力，固化条件。
三. 感光高分子体系的设计与构成 从高分子设计角度考虑，首先引入感光性化合物（基团），形式如下：
1）将感光性化合物加入到高分子中：
线性高分子 小分子感光化合物
物理混合
感光高分子
线性高分子：含有活泼氢的线性高分子 含有双键的不饱和高分子
例如：光二聚交联抗蚀剂
❖ 聚肉桂酸酯类光刻胶。在之外光线下发生光 交联反应，常加入5-硝基厄、芳香酮作增感 剂，是良好的负性光刻胶。
再如：环化橡胶抗蚀剂
❖ 环化橡胶双叠氮体系光刻胶，也是一种负性 光刻胶。是利用芳香族双叠氮化合物作为环 化橡胶的交联剂，属于聚合物加感光化合物 型光刻胶。
❖ 叠氮类化合物在紫外光照射下发生分解，析 出N2，并产生氮烯（nitrenen，RN：），它 有很强的反应能力，可向不饱和键加成，还 可插入C-H和进行偶合。
光敏高分子的分类：
（1）光敏涂料： 当聚合物在光照射下可以发生光聚合或光交联反应，有快速光 固化性能。
（2）光成像材料（光刻胶photoresist——印刷线路板、印刷板） 在光的作用下可以发生光化学反应（光交联或降解），反应后溶 解性能发生显著变化的聚合材料，具有光加工性能，可以作为成 像体系的光敏材料。
《功能高分子 》课件
VS
详细描述
功能高分子材料具有良好的光电性能和化 学稳定性，可用于制造太阳能电池和燃料 电池。同时，一些功能高分子材料还可作 为锂电池的电极材料，提高电池的能量密 度和安全性。
04 功能高分子材料的未来发 展
新材料开发
高性能化
通过改进合成方法、引入新型功 能基团等方式，提高功能高分子 的性能，如强度、耐热性、耐腐 蚀性等。
功能高分子材料
指在分子水平上设计并合成的高分子 材料，具有特定功能和性能，以满足 各种应用需求。
分类
01
02
03
按功能分类
导电高分子、光敏高分子 、磁性高分子、吸附分离 高分子等。
按合成方法分类
加聚型、缩聚型、共聚型 等。
按应用领域分类
电子、能源、环保、生物 医药等。
常见功能高分子材料
导电高分子材料
环保领域
总结词
功能高分子材料在环保领域的应用包括水处理、空气净化、 土壤修复等。
详细描述
功能高分子材料具有吸附、分离、富集等功能，可用于水处 理和空气净化。同时，一些功能高分子材料还可用于土壤修 复，帮助去除重金属和有害物质。
新能源领域
总结词
功能高分子材料在新能源领域的应用包 括太阳能电池、燃料电池、锂电池等。
能源环保
利用功能高分子材料的特殊性质，开发高效能电 池、太阳能电池、环境治理材料等，推动清洁能 源和环保产业的发展。
智能制造
利用功能高分子材料的传感和响应特性，开发智 能传感器、驱动器等关键部件，推动智能制造和 工业自动化的发展。
绿色可持续发展
可降解性
开发可生物降解的功能高分子材料，降低对环境的污染和资源消 耗。
智能化
利用传感器、响应性高分子等技 术，开发具有自适应、自修复、 自感知等功能的智能高分子材料 。
《光功能高分子材料》课件
VS
环境监测
光功能高分子材料还可以用作环境监测的 探针和传感器，通过检测环境中特定物质 的变化来实现环境质量的实时监测和预警 。
05
光功能高分子材料的未来发
展
新材料开发
高性能光敏树脂
研究开发具有高感光度、高分辨 率和高稳定性的光敏树脂，以满 足3D打印、微纳制造等领域的需 求。
新型光聚合引发剂
探索新型光聚合引发剂，提高光 聚合反应的效率和可控性，促进 光功能高分子材料的发展。
将具有光功能的物质掺入到高分子基质中，形成光功能高分 子复合材料。例如，将荧光染料掺入聚合物中，可制备具有 荧光性能的聚合物材料。
复合制备
将两种或多种高分子材料进行复合，形成光功能高分子复合 材料。例如，将聚合物与无机纳米粒子复合，可制备具有光 催化性能的复合材料。
表面改性与涂层制备
表面改性
通过化学或物理方法对高分子材料表面进行改性，赋予其光功能特性。例如，使 用等离子体处理、紫外光照射等方法对高分子表面进行处理，可提高其光敏性。
《光功能高分子材料 》PPT课件
• 光功能高分子材料简介 • 光功能高分子材料的性质 • 光功能高分子材料的制备方法 • 光功能高分子材料的应用 • 光功能高分子材料的未来发展
目录
01
光功能高分子材料简介
定义与分类
总结词
光功能高分子材料是指具有光学功能的高分子材料，可以根据其特性进行分类 。
详细描述
环保等方向发展。
应用领域
总结词
光功能高分子材料在多个领域都有广泛的应用，如显 示、照明、生物成像等。
详细描述
光功能高分子材料因其独特的性能和广泛的应用前景 ，在多个领域都有广泛的应用。在显示领域，光功能 高分子材料可用于制造液晶显示器、有机电致发光显 示器等；在照明领域，光功能高分子材料可用于制造 高效LED灯具、荧光灯管等；在生物成像领域，光功 能高分子材料可用于荧光探针、生物成像标记物等。 此外，光功能高分子材料还可用于太阳能电池、信息 存储等领域。
光敏高分子
2）不饱和聚酯unsaturated polyester： 为了引入双键，以不饱和羧酸衍生物与二元醇缩合生成酯类。
3）聚醚(polyether)\聚酯(polyester）： 由环氧化合物与多元醇缩聚而成，游离羟基为光交联点，粘度低， 价格低。
二. 光敏涂料的组成与性能关系
光敏涂料的组成与涂层的性能关系密切。
1）流平性：涂料被涂刷之后，其表面在张力作用下迅速平整光滑 的过程。
影响：涂料粘度，表面张力，润湿度
稀释 剂
表面活 性剂
2）机械性能：包括形成涂料膜的硬度、韧性、耐冲击力、柔顺性。 影响：树脂种类，光交联度（聚合度）
3）化学稳定性：涂膜的耐化学品、抗老化能力。 影响：化学组成
4）涂层光泽：低光、哑光、高光
2）在高分子主链或侧链引入感光基团：这一方法应用前景看好， 稳定性好，感光性能佳。
3）由多种组分构成的光聚合体系：
① 将下列光敏基团引入各种单体或预聚体中： 乙烯基vinyl、丙烯酰基acryloyl、烯醛olefine aldehyde、 缩水甘油（酯）基glycidyl ester等。
② 再加入光引发剂、光敏剂、抗氧剂、偶联剂等各种组分配 成。配方可根据应用进行调整，特别适于光敏涂料、光敏 粘合剂、光敏油墨。
（7）光致变色材料photochromic material： 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。
光刻胶
❖ 一.光刻胶的定义(photoresist)
❖
光刻胶（英语：photoresist），亦称
为光阻或光阻剂，是指通过紫外光、深紫外
光、电子束、离子束、X射线等光照或辐射，
其溶解度发生变化的耐蚀刻薄膜材料，是光
电子教案与课件：《功能高分子材料》第7章 光敏高分子材料
III. The types of photo-sensitive polymer
• 2. Photosensitive coating materials: • some materials could be polymerization or cross-
linking by light action and solidification quickly called photosensitive coating materials—light solidification coating
I.The definition of photo-active polymer:
• The polymers show some special chemical or physical properties when light (UV or visual light) is used to action on the polymers.
Chapter Seven: Chemistry of Photoactive Polymers
Q1: What is “light”？ Electromagnetic wave? Energy? Particle—photon? Q2: What are abilities of “light”？ Energy transmission? Energy change in form? Photo-chemistry reaction? Q3: What colour of light you can see?
Jablonsky dissipation of light
S2
vr
ic
T2
S1
isc
abs
第7章光磁功能高分子
5 MeV 中能量EB 高能量EB
10 MeV
第一节 感光性高分子材料
电子束、热、紫外光固化的比较
第一节 感光性高分子材料
(3)光化学反应
a. 光分解反应 典型的光分解反应是重氮化合物、叠氮化合物、在紫外线辐射时发生。
b. 光降解反应 添加了光敏氧化降解剂的高分子可控制在户外的降解时间，从数周到数月。
聚双—2,6—吡啶基辛二腈—硫酸亚铁(PPH—FeSO4)
PPH—FeSO4是一种黑色固态磁性聚合物，质量轻、耐热性好，在空气中300℃ 不会分解，也不易溶于有机溶剂，是非常好的磁性材料。
第三节 磁功能高分子材料
(2) 复合型高分子磁性材料：在合成树树脂或橡胶中加入铁氧体或稀土类磁
粉即可制成复合型高分子磁性材料。 橡胶 铁氧体 塑料
BIPO在紫外光照或在100℃左右下可 聚合成单晶或多晶聚合物。
改变聚合条件可在广泛范围内改变磁 性，可以从超顺磁性至铁磁性。 聚BIPO单体的分子中具有两个可进行 聚合反应的叁键，以及两个哌啶环的 氮氧自由基(双自由基)。
制备这种材料的生产率是很低的，性 能尚不稳定。
第三节 磁功能高分子材料
b. 含金属原子的有机高分子磁性体
芳香族重氮化合物在光照作用下发生光分解，产物有自由基和离子两种形式。
例如：双重氮盐+聚乙烯醇感光树脂
这种感光树脂在光照射下其重氮盐分解成自由基
第一节 感光性高分子材料
分解出的自由基残基从聚乙烯醇上的羟基夺氢形成聚乙烯醇自由基。最后自由 基偶合，形成交联结构。
第一节 感光性高分子材料
d. 芳香族叠氮化合物+高分子
保留受光部分即成为浮雕型印刷版
第二节 感光性高分子材料的应用
功能高分子材料课件第七章光敏高分子材料
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光化学第二定律： （ Stark—Einstein定律） 一个分子只有在吸收了一个光量子之后，才能
发生光化学反应。（吸收一个光量子的能量，只可 活化一个分子，使之成为激发态）
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4 分子的光活化过程 从光化学定律可知，光化学反应的本质是分子
吸收光能后的活化。当分子吸收光能后，只要有足 够的能量，分子就能被活化。
28
从能量的大小看，n →π*和π →π*的跃迁能 量较小，σ →σ*的跃迁能量最大。
因此在光化学反应中，n →π*和π →π*的跃 迁是最重要的两类跃迁形式。最低能量的跃迁是 n
→π* 跃迁。但是，高度共轭体系中的π轨道具有的 能量高于 n 轨道的能量，因此有时π →π*跃迁反而 比n →π*跃迁容易。
2021/4/5
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感光性高分子作为功能高分子材料的一个重要分支， 自从1954年由美国柯达公司的Minsk等人开发的聚乙烯 醇肉桂酸酯成功应用于印刷制版以后，在理论研究和推 广应用方面都取得了很大的进展，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。
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1.197 10 5 kJ 1.24 10 3 (eV)
(nm)
(nm)
(7-2)
其中，N为阿伏加德罗常数（6.023×1023）。 用公式(7-2)可计算出各种不同波长的光的能 量 (表7-1)。作为比较，表7-2中给出了各种化学 键的键能。由表中数据可见，λ=200～800nm的紫 外光和可见光的能量足以使大部分化学键断裂。
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O
(S0)+hv(Er=289kJ/mol) C
光功能高分子材料-PPT课件
纤细而柔软的丝状物长度至少为直径的100涂布于物体表面能成坚韧的薄膜起装饰和保护作用的聚合物材料能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在一起的聚合物材料具有特殊功能与用途的精细高分子材料以聚合物为基础加入或不加各种助剂和填料经加工形成的塑性材料或刚性材料
演讲：章俊杰 组员：章俊杰，施军，李翔， 王一钱，李继涛，李江龙，刘熠
说起高分子，纷繁复杂的化学式应该是大多数人的第 一映像了!
然后
想到的是：
高分子材料： macromolecular material，以高分子化合物为基础 的材料。高分子材料是由相对分 子质量较高的化合物构成的材料， 包括橡胶、塑料、纤维、涂料、 胶粘剂和高分子基复合材料，高 分子是生命存在的形式。所有的 生命体都可以看作是高分子的集 合。
功能高分子虽然是一个新兴的领域， 但飞速的发展也使得它具有一个庞大 的家族
按照功能特性通常可分成以下几类
（1）分离材料和化学功能材料 （2）电磁功能高分子材料 （3）光功能高分子材料 （4）生物医用高分子材料
光功能高分子材料
• 所谓光功能高分子材料，是指能 够对光进行透射、吸收、储存、 转换的一类高分子材料。光与半 导体相融台的高技术引人注目.
高分子材料多种多样，形形色色
按高分子主链结构分类：
碳链高分子
分子主链由C原子组成，如： PP、PE、 PVC
分子主链由C、O、N、P等原子构成。 如：聚酰胺、聚酯、硅油 分子主链不含C原子，仅由一些杂原 子组成的高分子。如：硅橡胶
杂链高聚物
元素有机高聚物
高分子：
塑 料 以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂和 填料，经加工形成的塑性材料或刚性材料。 纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的100 倍。 具有可逆形变的高弹性材料。 涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和 保护作用的聚合物材料 能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在 一起的聚合物材料 具有特殊功能与用途的精细高分子材料
演讲：章俊杰 组员：章俊杰，施军，李翔， 王一钱，李继涛，李江龙，刘熠
说起高分子，纷繁复杂的化学式应该是大多数人的第 一映像了!
然后
想到的是：
高分子材料： macromolecular material，以高分子化合物为基础 的材料。高分子材料是由相对分 子质量较高的化合物构成的材料， 包括橡胶、塑料、纤维、涂料、 胶粘剂和高分子基复合材料，高 分子是生命存在的形式。所有的 生命体都可以看作是高分子的集 合。
功能高分子虽然是一个新兴的领域， 但飞速的发展也使得它具有一个庞大 的家族
按照功能特性通常可分成以下几类
（1）分离材料和化学功能材料 （2）电磁功能高分子材料 （3）光功能高分子材料 （4）生物医用高分子材料
光功能高分子材料
• 所谓光功能高分子材料，是指能 够对光进行透射、吸收、储存、 转换的一类高分子材料。光与半 导体相融台的高技术引人注目.
高分子材料多种多样，形形色色
按高分子主链结构分类：
碳链高分子
分子主链由C原子组成，如： PP、PE、 PVC
分子主链由C、O、N、P等原子构成。 如：聚酰胺、聚酯、硅油 分子主链不含C原子，仅由一些杂原 子组成的高分子。如：硅橡胶
杂链高聚物
元素有机高聚物
高分子：
塑 料 以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂和 填料，经加工形成的塑性材料或刚性材料。 纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的100 倍。 具有可逆形变的高弹性材料。 涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和 保护作用的聚合物材料 能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在 一起的聚合物材料 具有特殊功能与用途的精细高分子材料
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22.02.2021
材料
8
感光性高分子作为功能高分子材料的一个重要分支， 自从1954年由美国柯达公司的Minsk等人开发的聚乙烯 醇肉桂酸酯成功应用于印刷制版以后，在理论研究和推 广应用方面都取得了很大的进展，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。
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600
201
X射线
10-1
106
500
239
γ射线
10-3
108
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材料
13
表7-2化学键键能
化学 键
键能 /(kJ/mol)
化学 键
O－O
138.9
C－Cl
N－N
160.7
C－C
C－S
259.4
C－O
C－N
291.6
N－H
键能 /(kJ/mol)
328.4 347.7 351.5 390.8
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材料
6
光刻胶是微电子技术中细微图形加工的关键材 料之一。特别是近年来大规模和超大规模集成电路 的发展，更是大大促进了光刻胶的研究和应用。
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材料
7
感光性粘合剂、油墨、涂料是近年来发展较快 的精细化工产品。与普通粘合剂、油墨和涂料等相 比，前者具有固化速度快、涂膜强度高、不易剥 落、印迹清晰等特点，适合于大规模快速生产。尤 其对用其他方法难以操作的场合，感光性粘合剂、 油墨和涂料更有其独特的优点。例如牙齿修补粘合 剂，用光固化方法操作，既安全又卫生，而且快速 便捷，深受患者与医务工作者欢迎。
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材料
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光化学第二定律： （ Stark—Einstein定律） 一个分子只有在吸收了一个光量子之后，才能
发生光化学反应。（吸收一个光量子的能量，只可 活化一个分子，使之成为激发态）
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材料
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4 分子的光活化过程 从光化学定律可知，光化学反应的本质是分子
吸收光能后的活化。当分子吸收光能后，只要有足 够的能量，分子就能被活化。
lg Tlg IIolc (7-4)
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材料
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其中，ε称为摩尔消光系数。它是吸收光的物 质的特征常数，也是光学的重要特征值，仅与化合 物的性质和光的波长有关。
一个概念： 发色团：在分子结构中能够吸收紫外和可见光的基团
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材料
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3 光化学定律 光化学第一定律（Gtotthus-Draper定律）： 只有被吸收的光才能有效地引起化学反应。
光致抗蚀，是指高分子材料经过光照后，分子结 构从线型可溶性转变为网状不可溶性，从而产生了 对溶剂的抗蚀能力。而光致诱蚀正相反，当高分子 材料受光照辐射后，感光部分发生光分解反应，从 而变为可溶性。目前广泛使用的预涂感光版，就是 将感光材料树脂预先涂敷在亲水性的基材上制成的。 晒印时，树脂若发生光交联反应，则溶剂显像时未 曝光的树脂被溶解，感光部分树脂保留了下来。反 之，晒印时若发生光分解反应，则曝光部分的树脂 分解成可溶解性物质而溶解。
化学键 C－H H－H O－H C=C
键能 /(kJ/mol)
413.4 436.0 462.8 607
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材料
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2 光的吸收 发生光化学反应必然涉及到光的吸收。光的吸
收一般用透光率来表示，记作T，定义为入射到体 系的光强I0与透射出体系的光强I之比：
T I Io
(7-3)
如果吸收光的体系厚度为l，浓度为c，则有：
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材料
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能
量
A
成键轨道
=
2
A
-
B
B
=
1
A
+
B
A A-B
B
（孤立原子）（分子） （孤立原子）
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轨道能量和形状示意图
材料
( * ) 2
( ) 1
2 (* ) ( )
1
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下面仅举甲醛分子的例子来说明各种化学键。 O
HC H
SP*
E
Px
C
σ* π*
n
n
Px Py Pz
分子的活化有两种途径，一是分子中的电子受 光照后能级发生变化而活化，二是分子被另一光活 化的分子传递来的能量而活化，即分子间的能量传 递。下面我们讨论这两种光活化过程。
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材料
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5 分子的电子结构 按量子化学理论解释，分子轨道是由构成分子
的原子价壳层的原子轨道线性组合而成。换言之， 当两个原子结合形成一个分子时，参与成键的两个 电子并不是定域在自己的原子轨道上，而是跨越在 两个原子周围的整个轨道(分子轨道)上的。
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材料
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表7-1 各种波长的能量
光线名称 波长 /nm 能量 /kJ 光线名称
微 波 106～107 10-1～10-2
红外线 103～106 10-1～102 紫外线
可见光
800
147
波长 /nm 400 300 200
能量 /kJ 299 399 599
700
171
100
1197
1.197105kJ1.24103(eV)
(nm) (nm)
(7-2)
其中，N为阿伏加德罗常数（6.023×1023）。 用公式(7-2)可计算出各种不同波长的光的能 量 (表7-1)。作为比较，表7-2中给出了各种化学 键的键能。由表中数据可见，λ=200～800nm的紫 外光和可见光的能量足以使大部分化学键断裂。
材料
9
一、光化学反应的基础知识
1. 光的性质和光的能量 物理学的知识告诉我们，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γ射 线等。
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材料
10
在光化学反应中，光是以光量子为单位被吸收 的。一个光量子的能.62×10-34 J·s）。 在光化学中有用的量是每摩尔分子所吸收的能
量。假设每个分子只吸收一个光量子，则每摩尔分 子吸收的能量称为一个爱因斯坦（Einstein），实 用单位为千焦尔（kJ）或电子伏特（eV）。
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材料
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1 Ein N st h e N iv/n h c
O
π
π
σ σ
cH H H
OC H
H OC
H
H OC
H
H OC
H
甲醛分子的分子轨道、能级和跃迁类型
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材料
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6 三线态和单线态 根据鲍里（Pauli）不相容原理，成键轨道上的
两个电子能量相同，自旋方向相反，因此，能量处 于最低状态，称作基态。分子一旦吸收了光能，电 子将从原来的轨道激发到另一个能量较高的轨道。 由于电子激发是跃进式的、不连续的，因此称为电 子跃迁。电子跃迁后的状态称为激发态。