7.光敏高分子材料
光敏高分子材料
光敏高分子材料
光敏高分子材料是一类能够对光线产生响应的高分子材料。
它们在光照下会发
生化学或物理性质的变化，具有很强的应用潜力。
光敏高分子材料广泛应用于光刻、光纤通信、光学存储、光敏材料等领域，成为当今材料科学中备受关注的研究热点。
首先，光敏高分子材料具有优异的光学性能。
它们能够对特定波长的光线产生
高度选择性的响应，具有较高的吸收率和光敏度。
这使得光敏高分子材料在光学器件领域有着广泛的应用前景，如用于制备光刻胶、光学波导、光学薄膜等。
其次，光敏高分子材料在微纳加工领域具有重要意义。
利用光敏高分子材料的
光敏特性，可以实现微纳米级的精密加工，例如通过光刻技术制备微纳米结构、光子晶体等。
这为微纳加工领域的研究和应用提供了新的可能性，有助于推动微纳器件的发展和应用。
此外，光敏高分子材料还具有可调控性和可重复性的特点。
通过调整材料的化
学结构和光敏性能，可以实现对材料光敏性质的精确控制，满足不同应用领域的需求。
同时，光敏高分子材料的光敏特性通常具有很好的可重复性，能够多次响应光照而不失效，具有较长的使用寿命。
总的来说，光敏高分子材料具有广泛的应用前景和重要的科学研究意义。
随着
材料科学和光电技术的不断发展，光敏高分子材料必将在光学器件、微纳加工、光学通信等领域发挥越来越重要的作用，为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
希望未来能够有更多的科研工作者投入到光敏高分子材料的研究中，推动其在各个领域的应用和发展。
光敏高分子 制备方法
光敏高分子制备方法
光敏高分子是一种具有光敏性质的高分子材料，它可以在光的作用下发生化学反应，从而实现光控制的功能。
光敏高分子的制备方法有很多种，下面我们就来介绍一下其中的几种方法。
一、自由基聚合法
自由基聚合法是一种常用的光敏高分子制备方法。
该方法的原理是利用自由基引发剂将单体引发聚合反应，从而得到光敏高分子。
这种方法的优点是反应条件温和，反应速度快，适用于大规模生产。
但是，由于自由基引发剂的存在，会产生一定的副反应，影响产物的纯度和性能。
二、离子聚合法
离子聚合法是一种利用离子引发剂引发聚合反应的方法。
该方法的优点是反应条件温和，产物纯度高，适用于制备高分子复合材料。
但是，由于离子引发剂的存在，会产生一定的副反应，影响产物的性能。
三、光化学聚合法
光化学聚合法是一种利用光引发剂引发聚合反应的方法。
该方法的优点是反应条件温和，反应速度快，产物纯度高，适用于制备高分子复合材料。
但是，由于光引发剂的选择和使用条件的限制，该方
法的应用范围较窄。
四、原子转移自由基聚合法
原子转移自由基聚合法是一种利用原子转移自由基引发剂引发聚合反应的方法。
该方法的优点是反应条件温和，产物纯度高，适用于制备高分子复合材料。
但是，由于原子转移自由基引发剂的选择和使用条件的限制，该方法的应用范围较窄。
光敏高分子的制备方法有很多种，每种方法都有其优缺点和适用范围。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的制备方法，以获得最佳的制备效果。
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。
第六章光敏高分子材料
义。
28
4. 涂层的光泽
作为涂料，生成涂层的光泽好坏无疑是非常重要的。 人们对光泽有两方面的要求，即低光泽涂料，如亚光漆；高 光泽涂料，如某些聚氨酯漆。降低光泽度可以加入消光剂，
常用的消光剂有研细的二氧化硅、石蜡，或者高分子合成蜡，
作用原理为增加表面的粗糙度。调节提高表面张力一般可以 提高涂层的光洁度。
第六章光敏高分子材料
1
6.1光敏高分子材料概述 6.2光敏涂料和光敏胶
研 究 内 容
6.3光致抗蚀剂 6.4高分子光稳定剂 6.5光致变色高分子材料 6.6光导电高分子材料 6.7高分子非线性光学材料 6.8高分子荧光材料 6.9与光能转换有关的高分子材料
2
6.1光敏高分子材料概述
3
6.1光敏高分子材料概述
2 CH2
CHCOOH
CH C O O CH2
O
CH CH2 O C CH CH2
21
2.不饱和聚酯
O H2C HC CH 3 1,2-丙二醇 O O O 不饱和聚酯型光敏涂料预聚体的合成 O O OH OH + O O 邻苯二甲酸酐 O O O O O O + O 马来酸酐 O O O
聚酯型光敏高分子涂料具有坚韧，硬度高和耐溶剂性好等特点。
27
3. 化学稳定性
涂料的化学稳定性包括耐受化学品和抗老化的能力。
涂料的化学成分不同对不同的化学品有不同的耐受能力，如
聚酯和聚苯乙烯体系对极性溶剂和水溶液有较好的耐受力， 含丙烯酸的涂料在水溶液中，特别是碱性溶液中稳定性较差。 除了提高涂料本身的化学稳定性之外，根据被徐物的使用环 境选择不同性能的光敏涂料，在应用方面可能更具有实用意
31
1.光源
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。
功能高分子材料有哪些
功能高分子材料有哪些
功能高分子材料是一类性能优异、具有特定功能的高分子材料，它们在各个领域都有着重要的应用价值。
下面将介绍一些常见的功能高分子材料及其特点。
首先，我们来谈谈功能高分子材料中的一种——聚合物凝胶材料。
聚合物凝胶材料是一种具有三维网状结构的高分子材料，其特点是具有大量的孔隙结构，表面积大、吸附性能好、机械性能优异。
由于其孔隙结构的特殊性质，聚合物凝胶材料在吸附分离、催化剂载体、药物控释等方面有着广泛的应用。
其次，功能高分子材料中的另一种常见类型是形状记忆高分子材料。
形状记忆高分子材料是一种具有形状记忆性能的高分子材料，其特点是可以在外界刺激下发生形状变化，并且在去除外界刺激后能够恢复原来的形状。
这种材料在医疗器械、纺织品、航空航天等领域有着广泛的应用前景。
另外，还有一种功能高分子材料——导电高分子材料。
导电高分子材料是一类具有导电性能的高分子材料，其特点是具有良好的导电性能、柔韧性和加工性能。
这种材料在电子器件、光伏领域、传感器等方面有着广泛的应用。
此外，功能高分子材料中还包括生物可降解高分子材料、光敏高分子材料、自修复高分子材料等多种类型。
这些材料在环保、医疗、光学等领域都有着重要的应用价值。
综上所述，功能高分子材料具有多种类型和广泛的应用领域，它们在材料科学领域发挥着重要作用。
随着科学技术的不断发展，功能高分子材料的研究和应用将会更加广泛，为人类社会的发展做出更大的贡献。
光敏高分子材料
的光作用下分子结构会发生变化，从而导致其对光 的吸收峰值即颜色的相应改变，且这种改变一般是 可逆的。人类发现光致变色现象已有一百多年的历 史。第一个成功的商业应用始于20世纪60年代，美 国的Corning工作室的两位材料学家Amistead和 Stooky首先发现了含卤化银(AgX)玻璃的可逆光致 变色性能[4]，随后人们对其机理和应用作了大量研 究并开发出变色眼镜。但由于其较高的成本及复杂 的加工技术，不适于制作大面积光色玻璃，限制了 其在建筑领域的商业应用。此后AgX光致变色的应 用重心转向了价格便宜且质量较轻的聚合物基材料， 而各种新型光致变色材料的性能及其应用也开始了 系统研究。
2、无机光致变色化合物 、
(1)过渡金属氧化物：这类物质主要有WO3、、 MoO3、TiO2等。W03只氧化钨作为一种重要的无 机光致变色材料，具有稳定性好、成本低等优点， 但其光致变色效率较低。近来，解仁国等冲’J报道 了一种新型的w()3/Zn()纳米粒子复合体系，结果表 明，当Zn()质量分数为2%时，与W():相比，此体系 的光致变色效率提高了200倍，其变色机理为:Zn() 的光生电子通过界面转移至W()3，同时W仆产生的 一些空穴将迁移到Zn(〕的价带上，并最终转移到表 面被HZC:0;等捕获，这样光生电子和空穴就可以被 更有效地分离，转移至W():1的电子最终被其表面态 所捕获，产生长波区的吸收，从而导致WO:发生变 色。
⑶X射线抗蚀剂
英文名：X ray resist 采用软X射线（波长0.4~5nm）作为曝光源的 抗蚀剂。由于X射线波长较紫外波长短两个数 量级，几乎没有衍射的干扰，而且因其能量 比电子束小得多，可以获得高分辨率，X射线 对尘埃的透过性好，曝光工艺的缺席率就低。 所有的电子束抗蚀剂均可作X射线抗蚀剂。
高分子材料基础复习题答案
高分子复习一、名词解释1、单体单元：与单体分子的原子种类和各种原子的个数完全相同、仅电子结构有所改变的结构单元。
2、重复单元：重复组成高分子分子结构的最小的结构单元。
也称重复单元、链节。
3、构型：指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。
这种排列是稳定的，要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。
4、构象：是指分子中的原子或原子团由于C－C单键内旋转而形成的空间排布(位置、形态)，是物理结构。
5、柔顺性：高分子链能够通过内旋转作用改变其构象的性能称为高分子链的柔顺性。
6、熔体纺丝：是将聚合物加热熔融，通过喷丝孔挤出，在空气中冷却固化形成纤维的化学纤维纺丝方法。
7、胶粘剂：它是一种能够把两种同类或不同类材料紧密地结合在一起的物质。
8、生胶：没有加入配合剂且尚未交联的橡胶，一般由线型大分子或带有支链的线型大分子构成，可以溶于有机溶剂。
9、硫化胶：混炼胶在一定的温度、压力和时间作用下，经交联由线型大分子变成三维网状结构而得到的橡胶。
一般不溶于溶剂。
10、应变：材料在外力作用下，其几何形状和尺寸所发生的变化称应变或形变，通常以单位长度（面积、体积）所发生的变化来表征。
11、弹性模量：是指在弹性形变范围内单位应变所需应力的大小。
是材料刚性的一种表征。
12、塑料：塑料是以聚合物为主要成分，在一定条件（温度、压力等）下可塑成一定形状并且在常温下保持其形状不变的材料。
13、功能高分子材料：具有特定的功能作用，可做功能材料使用的高分子化合物。
14、复合材料：由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质，用适当的工艺方法组合起来，而得到的具有复合效应的多相固体材料。
15、缩聚反应：通过单体分子中的某些官能团之间的缩合聚合成高分子的反应。
16、结构单元：聚合物分子结构中出现的以单体结构为基础的原子团。
17、单体:二、判断正误，正确的√，错误的×。
（每题2分）（1）高分子链能形成的构象数越多，柔顺性越大（√）。
（2）单体单元就是单体（╳）。
光敏树脂是什么材料
光敏树脂是什么材料
光敏树脂是一种特殊的材料，它在光照条件下能够发生化学反应，具有广泛的
应用领域。
光敏树脂是一种具有光敏性的高分子材料，其分子结构中含有光敏基团，使其在紫外光的照射下发生光化学反应，从而产生特定的物理性能变化。
光敏树脂是一种非常重要的材料，具有许多独特的特性和应用价值。
首先，光敏树脂具有优异的光敏性能。
在紫外光的照射下，光敏树脂能够发生
光聚合或光解反应，从而产生交联或断裂作用，使其物理性能发生变化。
这种特性使得光敏树脂在光刻、光固化、激光烧蚀等领域有着广泛的应用，成为现代微纳加工和光学器件制备的重要材料。
其次，光敏树脂具有优异的加工性能。
光敏树脂可以通过光刻、激光曝光等方
式进行精确加工，制备出微纳米级的结构和器件。
这种加工方式不仅可以实现高精度、高分辨率的制备，而且可以实现大面积、高效率的生产，为微纳加工领域提供了重要的技术支撑。
此外，光敏树脂具有优异的物理性能。
光敏树脂具有优异的光学性能、机械性
能和化学稳定性，能够在复杂的光学环境和恶劣的工作条件下保持稳定的性能。
这种特性使得光敏树脂在光学器件、光学通信、光学储存等领域有着广泛的应用前景。
总的来说，光敏树脂是一种具有广泛应用前景的材料，具有优异的光敏性能、
加工性能和物理性能，为微纳加工、光学器件制备、光学通信等领域提供了重要的材料基础。
随着科学技术的不断发展，相信光敏树脂将会有更广泛的应用，为人类的生产生活带来更多的便利和创新。
光敏感高分子材料的研究及应用
光敏感高分子材料的研究及应用前言：光敏感高分子材料研究是光化学和光物理科学的重要组成部分，近年来随着现代科学技术的发展，光功能高分子材料研究在功能材料领域占有越来越重要的地位，其中光敏感高分子材料日益受到重视。
光敏感高分子材料的应用领域已从电子、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,正在快速发展之中，光敏感高分子材料研究与应用也将越来越广。
光敏感材料的分类光敏感高分子材料在光作用下能迅速发生化学和物理变化的高分子，或者通过高分子或小分子上光敏官能团所引起的光化学反应（如聚合、二聚、异构化和光解等）和相应的物理性质（如溶解度、颜色和导电性等）变化而获得的高分子材料。
目前，光敏高分子的合成已成为精细高分子合成的一个重要方面按高分子合成目的不同分类①在侧链或主链上含有光敏官能团的高分子；②由二元或多元光敏官能团构成的交联剂；③在高效光引发剂存在下单体或预聚体发生聚合和交联而生成的高分子。
按应用技术不同分类①成像体系,主要用于光加工工艺、非银盐照相、复制、信息记录和显示等方面；②非图像体系，大量用于光固化涂层、印刷油墨、粘合剂和医用材料等方面。
光敏感材料的发展史从十九世纪开始，人类开始使用改造过的天然高分子材料。
火化橡胶和硝化纤维塑料（赛璐珞）是两个典型的例子。
进入二十世纪之后，高分子材料进入了大发展阶段。
首先是在1907年，Leo Bakeland发明了酚醛塑料。
1920年Hermann Staudinger提出了高分子的概念并且创造了Macromolecular这个词。
二十世纪二十年代末，聚氯乙烯开始大规模使用。
二十世纪三十年代初，聚苯乙烯开始大规模生产。
二十世纪三十年代末，尼龙开始生产。
随着工业企业现代化的发展，设备的集群规模和自动化程度越来越高，同时针对设备的安全连续生产的要求也越来越高，传统的以金属修复方法为主的设备维护工艺技术已经远远不能满足针对更多高新设备的维护需求，对此需要研发更多针对设备预防和现场解决的新技术和材料，为此诞生了包括高分子复合材料在内的更多新的维护技术和材料，以便解决更多问题，满足新设备运行环境的维护需求。
第七章光敏高分子材料
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。
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
15
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。
16
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
413.4 436.0 462.8 607
13
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：
lg T lg I Io lc (7-4)
14
10-3
108
12
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
光敏聚合物材料的制备及其应用
光敏聚合物材料的制备及其应用光敏聚合物材料（photosensitive polymeric materials）是一类能够在光照下发生化学反应并进而改变物性的高分子材料。
与传统的聚合物材料相比，光敏聚合物材料具有很多独特的物理和化学性质，广泛应用于光学、电子、医药、生物等诸多领域。
一、光敏聚合物材料的制备光敏聚合物材料的制备方法分为光致聚合和光引发聚合两种。
1. 光致聚合光致聚合是指通过光引起的交联聚合反应，可以通过交联引发剂、高能辐射、电离辐射等方式实现。
其中，交联引发剂是一种能够通过光诱导生成自由基并引起单体聚合反应的化合物，其分子中至少含有一个双键和一个碳-碳键。
例如，石墨烯氧化物（GO）是一种常用的光致交联引发剂，通过紫外光照射后可以形成具有均匀孔隙结构的光敏聚合物材料。
2. 光引发聚合光引发聚合是指通过光引起的自由基聚合反应。
常用的光引发剂包括磷光引发剂、氮氧化物光引发剂和光敏引发剂等。
其中，磷光引发剂是指一种能够在紫外光或可见光照射下生成活性自由基并引发单体聚合链的化合物。
例如，三甲基苯基膦（TPO）和二乙基亚硝基苯胺（DEAN）是两种常用的磷光引发剂，可以用于制备具有优良机械性能和高透明度的光敏聚合物材料。
二、光敏聚合物材料的应用光敏聚合物材料的应用范围广泛，主要包括以下几个方面：1. 光学应用光敏聚合物材料具有优异的光学性能，可以应用于制备高透明度的光学玻璃、可替代昂贵材料的透镜、折射率可控的光学加工模具等。
2. 电子应用光敏聚合物材料具有高的介电常数、低的介质损耗和优异的耐热性能，可以应用于制备高性能电路板、开关器件和电容器等。
3. 医药应用光敏聚合物材料可以用于制备具有防抗菌性、降解性和生物相容性的医用材料，如医用胶水、疏水透气膜等。
4. 生物应用光敏聚合物材料可以应用于制备光纤探针、药物控释系统、DNA芯片等生物材料，其中，光敏聚合物材料的粘附性、生物相容性和相应硬度的调节对于生物应用具有重要意义。
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
7第七章--光敏高分子材料
载流子而导），非线性光学材料（发生超极化而显示非线性光学 性质），荧光发射材料（将光能转换为另外一种光辐射形式发 出）等。
光敏高分子材料是光化学和光物理科学的重要组成部分，近 年来发展迅速，并在各个领域中获得广泛应用。
一、高分子光物理和光化学原理
许多物质吸收光子以后，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。如果这种变化是化学的，如光聚 合反应或者光降解反应，则研究这种现象的科学称为光化学；如 果这种变化是物理的，如光致发光或者光导电现象，则研究这种 现象的科学称为光物理。
2020/6/26
1、光聚合反应（含光交联反应） 光聚合反应和光交联反应，都是以线型聚合物为反应物，吸
收光能后发生光化学反应，使生成的聚合物分子量更大。 其中，以分子量较小的线型低聚物作为反应单体，发生光聚
合反应，生成分子量更大的线型聚合物，则称光聚合反应；以分 子量较大的线型聚合物作为反应物，在光引发下高分子链之间发 生交链反应，生成网状聚合物的过程，称为光交联反应。
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。
2020/6/26
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；
的污染较小。 但是价格和成本较高，是在目前阻碍其广泛应用的重要因素
之一。
2020/6/26
三、光致抗蚀剂
又称光刻胶。广泛用于集成电路工业和印刷工业等光加工工 业领域。 光致抗蚀剂的分类：
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参考书目
1. 《高分子光化学原理及应用》，李善君 纪才圭等 编，上海 复旦大学出版社，1993 2. 《高分子新材料丛书 —— 高性能聚合物光学材料》 杨柏 编，化学工业出版社，2005
第七章
光敏高分子材料
一、光敏高分子材料概述 二、光敏涂料和光敏胶 三、光致抗蚀剂 四、高分子光稳定剂 五、光致变色高分子材料 六、光导电高分子材料 七、高分子非线性光学材料 八、高分子荧光材料 九、与光能转换有关的高分子材料
功能高分子材料
Functional Polymers
材料科学与工程学院 高分子材料系
主要内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 功能高分子材料总论 反应型高分子材料 导电高分子材料 电活性高分子材料 高分子液晶材料 高分子功能膜材料 光敏高分子材料 吸附性高分子材料 医用高分子材料 高分子纳米复合材料 其他功能高分子材料简介
C=O, -COOH, C=C, Ph-, -CONH2, -COCl, -COOR)
n
有机分子中的电子跃迁示意简图
助色团：本身并不吸光，但能提高
光的摩尔吸收系数的结构部分（-X,OH,-OR,-NH2,-NR2,-SR ）
2）激发能的耗散
激发能有三种转化方式耗散
（2） 光吸收度：光吸收得越多，影响越大。大多数高分子本身对光吸 收少，主要是添加剂（染料、颜料等）和杂质吸收光 （3） 光降解量子效率（发生降解的分子数与吸收光子数之比）：105~10-3，聚合物本身比较稳定 1.2
聚合物光老化过程的引发机理
添加剂、杂质：相当于光引发剂或光敏剂，吸收光后跃迁至激发 态，本身或其他能量受体分解成自由基或离子，与聚合物分子发生 光降解或交联反应 氧气：与自由基生成过氧自由基，进一步吸收光能，引发新的自由 基反应，加速光老化过程 聚合物的光敏结构：酮、醌类衍生物，自身吸光产生活性自由基引 发光降解
O H2 C CH CH2
可聚合型
O H2C CH CH2 O CH3 C CH3 O CH2 OH CH CH2 O n CH3 C CH3 O CH2 CH CH2 O
CH2 CHCOOH H2C CH C O O H2C HC CH2 O O C O CH CH2 CH CH2 O C O O CH2 CH CH2 O O C H2C CH
加自由基捕获剂，清除生成的自由基
3.
高分子光稳定剂的种类与应用
1）光屏蔽剂：光屏蔽添加剂与紫外吸收剂
H H
O
O
h
O
O
2）激发态猝灭剂：多为过渡金属络合物
R N C R
S Ni S 2
3）抗氧剂：清除聚合物内部的氧化物，阻止光氧化反应，延缓老 化速度
P CH2
O CO
4
CH3 CH3 NH CH3 CH3
2.
高分子光化学反应类型
（1）光聚合（光交联）反应：聚合物分子增大，溶解度降低 （2）光降解反应：分子量减小，溶解度上升 （3）光异构化反应：分子量不变，但结构发生变化，使光吸收等性质改变
（1）光聚合（光交联）反应
a) 光聚合 单体在光的激发作用下，形成自由基或离子而聚合的过程，称为光引发 聚合，简称光聚合。往往为烯类单体（P228, 表7-2）
光老化
材料的老化：高分子材料在加工、储存和使用过程中，因受到光、热、 氧化剂、水分和其他化学物质的作用，其性能会逐渐变坏，以致最后 失去使用价值
光老化：仅仅由可见光和紫外光及氧气引起的老化。其本质是光化学 反应（光降解、光氧化、光交联） 1.1 光的波长、光吸收度和光量子效率的影响
（1） 光的波长 紫外光（10%）：占太阳光总能量比率小，但能量高，最易导致光老化 可见光（50%)：能量较低，影响较小 红外光（40%）：红外光被吸收后产生大量热量，温度升高，将加快光 老化
4）激发态的猝灭
激发态分子以非光形式衰减到基态或者低能态的过程（荧光强度下降， 甚至消失）
动态猝灭:猝灭剂与发色团碰撞引起猝灭 静态猝灭：发色团与猝灭剂形成基态复合物，该基态复合物不发射光
5）分子间或分子内的能量转移
激发态能量在不同分子之间或同一分子不同发色团之间转移的现象
A +
h
A* A + B*
* *
CH2 CH CH2 CH
* n
CH CH CH CH
* n
CH CH
O h C6 H5 O C C6H5 C6H5 C O O * CH CH2 *
n
O O C
分子结构特点：分子链中含有不饱和键或可聚合活性点，可溶性聚合物
2）正性光致抗蚀剂：经光照后发生光降解或其他光化学 反应，生成的产物溶解度大大提高。
1.3
光敏涂料的性质与应用
固化速度快，无大量溶剂挥发，降低环境污染，减小材料消耗 逐步代替常规涂料应用于各领域
2.
光敏胶黏剂
见光而发生固化的胶黏剂。用于玻璃、金属、塑料、陶瓷等材料 的粘接工艺。
三．光致抗蚀剂
光刻胶，感光以后其溶解性能在较短时间内发生显著变化。 1）负性光致抗蚀剂：经光照后发生光聚合或光交联，生成的 聚合物溶解度大大下降。
无机光导材料：硒、氧化锌、硫化隔、砷化硒、非晶硅等 有机光导材料
高分子光导材料：线型共轭高分子及其它 小分子光导材料：共轭小分子、电荷转移复合物（电子给体和电子 受体的复合物）
N N N N N N
M
N
N
H3C N H3C
Cl
CH3 N CH3
四甲基对苯二胺 (TMPD)
Cl O
O Cl Cl
（4）
聚醚：黏度小、价格低
CH3 CH2 CH CH2 CH2 O CHCH2 CH3 O CHCH2 CH3
光聚合的活性点：羟基
n n n
OH
O CHCH2
3
OH OH
1.2
光敏涂料的组成与性能关系
（1）流平性能：涂料涂刷过程中，能否迅速平整光滑 （2）力学性能：涂料膜的硬度、韧性、耐冲击力和柔顺性等 （3）化学稳定性：耐受水、化学品和抗老化的能力 （4）涂层的光泽：光洁度 （5）涂层与被涂底物的黏结力
废弃聚合物（塑料袋、盒、杯、碗、瓶、农用薄膜等）的光降 解，有利于环境保护，在消灭“白色污染”方面有重要意义
利用光与氧化剂的协同作用处理有机废水
（3）光异构化反应（见第五节
光致变色材料）
3.
光敏高分子种类
(1) 高分子光敏涂料 (2) 高分子光敏胶黏剂 (3) 高分子光刻胶或光致抗蚀剂 (4) 高分子光稳定剂 (5) 高分子荧光（磷光）材料 (6) 高分子光催化剂（光能转换材料：将太阳能转换成化学能 或电能的材料） (7) 高分子光导材料 (8) 光致变色材料(结合电致变色材料自讲） (9) 高分子非线性光学材料(自讲） (10) 高分子光力学材料（自学）
1.
高分子光物理和光化学原理
E2
h 1）光吸收和分子的激发态
E1 (a) 基态
入射光 反射 散射
吸收
E2
E1
吸收
物质
透射
(b) 跃迁
激发态
hc ΔE = E2-E1= h =
吸收光波长与分子结构密切相关
光敏高分子的结构特点
＊ ＊
紫外可见光 远紫外区
发色团(生色团）：分子结构中,能
够吸收紫外和可见光的部分(C=C-C=C,
一、光敏高分子材料概述
光敏高分子材料(光功能高分子材料)：分子中的官能团能吸 收光能,并在光的作用下能够发生某些化学或物理变化,从而导 致材料的种种物性变化的高分子材料
光聚合 化学变化 光交联 溶解度降低，可作光刻胶、光敏涂料
光分解：分子量减小，可作用光刻胶、光降解材料 互变异构反应：吸收波长变化（光致变色材料） 外观尺寸变化：光力学变化材料 物理变化 发射荧光：光致发光材料 电导率增加：光导材料 极化率变化：非线性光学材料
A、B为两个不同分子，或同一个分子的两个不同发色团
A* + B
6）激基缔合物和激基复合物
激基缔合物（excimer）：处于激发态的分子和同种处于基态的 分子相互作用，生成的分子对被称为激基缔合物（A＊A）。
激基复合物（exciplex）：处于激发态的分子和另一种处于基 态的分子相互作用，生成的分子对被称为激基复合物（A＊B）。
光敏剂引发的光降解过程：聚合物中含有光敏剂，光敏剂分子将 吸收的光能传递给聚合物，促使其发生降解反应
生活中的光降解
对常规高分子材料，光降解的存在高分子材料老化，力学性能变 坏，从而失去使用价值，加入光稳定剂可减低其反应速率，延长 使用寿命
光刻胶：光降解降低高分子溶解性，经适当的溶剂处理，溶去可 溶性部分，得到所需图像，用于印刷电路和集成电路的制造
二．光敏涂料和光敏胶黏剂
1.
光敏涂料
光敏涂料：涂料内含有光敏成分或结构，利用光作为引发剂 引发聚合或者交联反应，从而达到光固化目的
光敏涂料的基本组成：预聚物、交联剂、稀释剂、光敏剂或 光引发剂、热阻聚剂和调色颜料。
1.1 （1）
预聚物类型 环氧树脂型低聚物：黏结力强、耐腐蚀
O CH3 C CH3 O CH2 OH CH CH2 O n CH3 C CH3 O CH2 CH CH2 O
S2 S1 abs f ic
vr ic isc
T2 T1 p isc
3）光量子效率(）
S0 Jablonsky 光能耗散图
f表示荧光、p表示磷光、vr表示振动驰豫 、ic表示热能耗散、isc级间窜跃。S表示 单线态，T表示三线态