光化学转换与功能材料
功能材料的分类及应用
功能材料的分类与应用吉林农业大学资源与环境学院摘要：随着时代的发展，各式各样的材料走进人们的生活中 ，功能材料也越来越多的应用到各行各业 .功能材 料已经是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。
本文从功能技术材料、功能 无机非金属材料、功能高分子材料、功能晶体材料、功能复合材料、具有特殊结构的功能材料等方面对功 能材料进行了分类和描述，概述了功能材料在航天领域、环保领域以及防伪领域上的应用。
关键词：功能材料；分类；应用功能材料是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。
它 涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、 海洋工程技术等现代高新技术及其产业。
功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和 支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。
1功能材料定义功能材料是以物理性能为主的工程材料的统称，即指在电、磁、声、光、热等方面具有2功能材料的分类2.1功能金属材料[2]2.1.1电性材料包括导电材料：电阻材料，电阻敏感材料-应变电阻、热敏电阻、光敏电阻；电热材料； 热电材料，主要用作热电偶。
2.1.2磁性材料具有能量转换、存储或改变能量状态的功能 ，按矫顽力大小分为硬磁、半硬磁、软磁材料3种，广泛应用于计算机、通讯、自动化、音响、电机、仪器仪表、航空航天、农业、生 物与医疗等技术领域。
应用较多的有：金属软磁材料，金属永磁材料，磁致伸缩材料，铁氧 体磁性材料。
2.1.3超导材料具有零电阻特性、迈斯纳效应、磁通量子化和约瑟夫森效应。
常规超导体；高温超导体：镧锶铜氧化物(La - Sr - Cu - O )、钇 钡 铜 氧 化 物(YBa 2Cu 3O 7 - S 卜铋锶钙铜氧化物(Bi -Sr - Ca - Cu- O)、铊钡钙铜氧化物(TI - Ba - Ca - Cu - O)、汞钡钙铜氧化物(Hg - Ba - Ca - Cu - O)、无限层超导体、钕铈铜氧化物(Nd - Ce - Cu - O);其它类型超导材料：金属间化合物 (R -T - B - C)超导体，有机超导体和碱金属掺杂的C 60超导体，重费米子超导体。
光功能材料的应用及其原理
光功能材料的应用及其原理1.光电转换器件光电转换器件是将光能转变为电能的材料和器件。
其中最常见的是太阳能电池，它利用光能将光子转化为电子，从而产生电流。
硅、锗等半导体材料是光电转换器件中常用的材料，它们具有良好的光电转换性能和稳定性。
太阳能电池的工作原理是光生电效应。
当光照射到半导体材料上时，光子的能量会激发半导体中的电子，使其脱离原子成为自由电子。
这些自由电子会在半导体内部移动形成电流。
太阳能电池的效率取决于光子能量和半导体材料的能带结构。
2.光纤通信光纤通信是一种利用光纤传输信号的通信技术。
光纤通信中常用的材料是光纤，它是一种具有高纯度和高透明度的玻璃或塑料材料。
光纤的内部被分为内核和包层，内核用于传输光信号，包层用于保护内核。
光纤通信的原理是利用光的全内反射特性。
当光在光纤中传播时，由于光线从内核到包层的界面进入时发生全内反射，光信号得以沿着光纤一直传输到目标地点。
光纤通信具有高传输带宽、低损耗和抗干扰等优点，因此被广泛应用于长距离通信和高速数据传输。
3.光催化材料光催化材料是一种利用光能催化化学反应的材料。
光催化材料一般是半导体材料或多孔材料，具有良好的光吸收和光生电子传输性能。
它们可以通过吸收光能，提高化学反应的速率和效率。
光催化材料常见的应用之一是水的分解制氢。
例如，采用二氧化钛作为光催化剂，当光照射到二氧化钛表面时，激发产生的电子和空穴可以参与水的分解反应，生成氢气和氧气。
这种光催化制氢技术被广泛应用于可再生能源领域，具有潜在的能源转化和环境污染治理的应用前景。
4.光子晶体光子晶体是一种具有周期性的介质结构，具有特殊的光学性能。
它能够对特定波长的光进行衍射和传输，具有光学波导效应。
光子晶体常用的材料有二氧化硅和聚合物等。
光子晶体的工作原理是光的阻挡带效应。
当光通过具有周期性结构的光子晶体时，只有特定波长的光能够通过，其他波长的光会被晶体反射或衍射。
这种特殊的光学性能使得光子晶体在光学传感、光纤通信和光子集成等方面具有广泛应用。
光化学反应：光能在化学中的应用
光化学反应是指通过光能的输入引发的化学反应。
光能在化学中的应用广泛，并在许多领域发挥重要作用。
本文将介绍光化学反应的基本概念和一些典型应用。
光化学反应的基本原理是通过光的能量激发分子的电子，使其从基态跃迁到激发态，再发生化学反应。
光化学反应可以分为两类：照明反应和非照明反应。
照明反应发生在可见光以下的电磁辐射范围，非照明反应发生在可见光以上的电磁辐射范围。
光化学反应在实际应用中具有广泛的应用价值。
一个典型的例子是光合作用，它是植物利用光能将二氧化碳和水转化为氧气和葡萄糖的过程。
光合作用不仅是生物体能量来源的基础，也是控制大气中二氧化碳浓度和氧气浓度的重要环节。
此外，光化学反应还在光催化剂、太阳能电池等领域具有重要应用。
光催化剂利用光能驱动催化反应，广泛应用于环境净化、水处理和有机合成等领域。
太阳能电池是一种将光能直接转化为电能的设备，通过光化学反应实现能源的可持续利用。
在有机合成领域，光化学反应为研究人员提供了新的合成方法和策略。
一些典型的光化学反应包括质子化光解反应、氢原子转移反应和激发态电荷转移反应等。
这些反应具有高选择性和高效率的特点，可以合成多种有机化合物。
光化学反应还在材料科学中具有重要应用。
例如，光电转换材料利用光化学反应的原理将光能转化为电能。
光敏材料可以通过光化学反应产生荧光效应，用于显示技术和光信息存储。
此外，光化学反应还可用于合成具有特殊功能的材料，如光敏聚合物、光降解材料和光变色材料等。
光化学反应对环境保护和能源开发也具有重要意义。
通过利用太阳能进行环境净化，可以将光能转化为化学能，实现污染物的降解和废水的净化。
此外，光化学反应还在太阳能燃料的开发中发挥重要作用，通过吸收太阳能产生氢气等可燃气体，为替代传统能源提供了新的途径。
总之，光化学反应在多个领域有着广泛的应用，包括生物学、材料科学、有机合成、能源开发等。
光化学反应不仅为研究人员提供了新的合成方法和材料设计策略，也为环境保护和能源开发提供了新的途径。
光化学原理与应用 2018-4
p 光致电子转移反应包括初级电子转移反应和它的次级过程，前者 指电子在激发态与基态分子之间通过转移形成电荷转移复合物的 过程，后者指电子返回基态、系间窜越、离子对的分离或复合等 过程。
在溶液中，独立存在的电子给体和电子受体的相互作用，由于 溶剂的参与，可形成下列各种状态：相遇复合物、碰撞复合物 、激基复合物、接触离子对、溶剂分隔离子对、自由离子等。
能量转移是通过 化学键 实现的
● Note！
分子内的能量转移不仅依赖于给体与受体间的 距离，还依赖于分子的结构（电子组态）
Eg: 在同样的给体-受体间距下
kett (p-p*) (p-p*) <kett (p-p*) (n-p*) kets (p-p*) (p-p*) >kets (p-p*) (n-p*)
p 可在D与A的较大间距发生，一般5~10nm
p 一般，ket与溶剂黏度无关（但受体[A]<10-4 mol/L时有关，需要扩散至~10nm以内）
p ket可能大于扩散速率常数，即ket可能大于1010 s-1 p 必须是D与A的受激跃迁都是允许的
Ｄ＊(S1)＋Ａ(S0) →D (S0) ＋Ａ＊ (S1) Ｄ＊(S1)＋Ａ(Tn) →D (S0) ＋Ａ＊ (Tn+1) Ｄ＊(T1)＋Ａ(S0) →D (S0) ＋Ａ＊ (S1)
库仑相互作用（诱导偶极机制）
p 电子激发态分子中受激电子的运动产生的 电场表现为一个振动偶极产生的场，它产 生一个对临近分子的电子体系的静电力， 并引起一个给定基态分子的电子振动．在 合适的共振条件和偶合条件下，产生能量 转移．
p 共振条件DE(D*D)= -DE(A A*)
光电转化材料的研究和应用
光电转化材料的研究和应用光电转化材料是一种将光能转化为电能或将电能转化为光能的材料。
在现代工业和科学技术中，光电转化材料的应用广泛，并且在能源领域和环境保护领域有着非常重要的作用。
一、光电转化材料的分类光电转化材料根据其不同的属性和用途，可以分为多种种类。
光电转化材料的分类如下：1.光伏材料：光伏材料是将太阳辐射转换成电能的材料，其主要成分为半导体材料，其中最常用的是硅、锗、铜铟镓硫化物和有机材料等。
2.光催化材料：光催化材料是将光能转换成化学能的材料，其主要成分为纳米晶、二氧化钛和其他金属氧化物等。
3.LED材料：LED材料是将电能转换成光能的材料，其主要成分为半导体材料，其中最常用的是氮化镓、磷化铝、氮化铝等。
二、光伏材料的研究和应用光伏材料是最广泛应用的光电转化材料之一，其原理是通过太阳能电池将光能直接转化为直流电，并存储在电池中。
光伏材料的应用非常广泛，不仅可以用于为家庭或企业提供电力，还可以用于太空、船舶、移动办公室等领域的电力供应。
此外，太阳能电池板还能作为太阳能灯、太阳能汽车等领域的重要组成部分。
近年来，科技人员也在不断研究和改进太阳能电池技术，试图提高太阳能电池的效率，减少生产成本，为人们提供更加高效、可靠、安全的太阳能电池。
三、光催化材料的研究和应用光催化材料将光能转换为化学能，其应用非常广泛。
光催化材料可以用于工业领域、环境保护领域、生态农业等领域。
1.工业领域工业领域中，光催化材料可以用于制造高效催化剂、催化反应、清洁污染物等方面。
其中，光催化材料的应用可以大大提高化学反应的效率和速度，节省大量的时间和能源，有利于工业的可持续发展。
2.环境保护领域在环境保护领域，光催化材料的应用越来越重要。
该材料可以用于水净化、空气净化、土地修复等领域。
例如，通过光催化技术可以有效清除大气中的有害气体，提高空气质量；通过光催化技术可以将水中有害物质转化为无害物质，提高水质。
3.生态农业除此之外，光催化材料还可以应用于生态农业等方面。
功能高分子材料的分类
功能高分子材料的分类功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。
按照高分子的功能特性，功能高分子材料可分为以下几种：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现对这几种材料进行简单的介绍一下。
分离材料和化学功能材料以化学功能为主的功能高分子材料称为化学功能高分子材料。
化学功能包括生成离子键、配位键、共价键的化学反应，上述价键断裂的分解反应，以及与上述反应有关的催化作用等，包括具有离子交换功能的离子交换树脂，对各种阳离子有络合吸附作用的螯合聚合物，光化学性聚合物，具有氧化还原能力的聚合物，在有机合成反应中使用的高分子试剂和高分子催化剂，降解型高分子等。
化学功能高分子材料的制备主要通过在高分子骨架上引入具有特定化学功能的官能团或者结构片段，也可以将具有类似功能的小分子功能材料高分子化得到化学功能高分子材料。
高分子材料经过功能化或者小分子功能材料经过高分子化以后，材料的溶解度一般均有下降，熔点提高。
对于化学试剂，经过高分子化后稳定性增加，均相反应转变成多相反应，产物与试剂和催化剂的分离过程简化，同时还产生许多小分子材料所不具备的其他性质。
化学功能高分子材料是固相合成的基础。
电磁功能高分子材料电磁功能材料主要指导电聚合物材料。
复合型导电高分子材料是以有机高分子材料为基体,加入一定数量的导电物质(如炭黑、石墨、碳纤维、金属粉、金属纤维、金属氧化物等)组合而成。
该类材料兼有高分子材料的易加工特性和金属的导电性。
与金属相比较,导电性复合材料具有加工性好、工艺简单、耐腐蚀、电阻率可调范围大、价格低等优点。
与金属和半导体相比较，导电高分子的电学性能具有如下特点：（1）通过控制掺杂度，导电高分子的室温电导率可在绝缘体-半导体-金属态范围内变化。
光功能高分子材料
30s后 ,再在室外暴晒 2～3 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等人开发出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 5.1 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 出其特有的功能. 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γ射线等.
l i g h t ( P S ) *
( 激 发 态 生 成 ) ( P S ) * + 单 体 或 引 发 剂 初 级 自 由 基 + P S ( 基 态 )
常见的光敏剂 C O N CFra bibliotekH 3 C H 3 N H 3 C H 3 C C O 米蚩酮(MK) 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. (3)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)
光化学反应与应用实验
光化学反应与应用实验光化学反应是指在光的作用下，化学物质发生反应，产生新的物质和化学变化的过程。
光化学反应广泛应用于化学、生物学以及材料科学等领域，为我们生活和科学研究提供了重要的工具和应用。
一、光化学反应机制及基本原理光化学反应是光能转化为化学能的过程，其中光的能量激发电子或分子，使其达到激发态并参与反应。
光化学反应的机制与光的性质、物质的结构和反应条件密切相关。
光化学反应的基本原理包括激发态的产生、能量传递、电子转移和反应的进行。
1. 激发态的产生激发态的产生是光化学反应的关键步骤。
在光照条件下，光子与分子相互作用，分子的电子跃迁到高能级激发态。
此过程需要一定的能量与适当的波长的光，使分子的电子跃迁到激发态。
2. 能量传递能量传递是指激发的能量在分子中进行传递的过程。
一旦分子的电子跃迁到激发态，激发态的分子可以通过与周围分子的碰撞或电子、振动、转动等相互作用而失去能量。
3. 电子转移电子转移是光化学反应中重要的过程之一。
电子转移是指电子从一个物质转移到另一个物质中的过程。
电子转移可以导致物质的氧化还原反应，生成新的化合物并改变溶液的颜色。
4. 反应的进行光化学反应的进行与反应物的分子结构、反应条件以及反应中间产物的生成紧密相关。
光化学反应可以是单一的分子反应，也可以是复杂的多步反应。
不同的反应路径和反应条件会导致不同的产物和反应速率。
二、光化学反应的应用实验光化学反应在许多实验中得到了广泛的应用。
以下是几个常见的光化学实验应用：1. 光敏剂的研究光敏剂是指能够在光照条件下发生光化学反应的物质。
这些物质可以吸收光能，产生激发态，并参与光化学反应。
实验中可以通过控制光照强度和波长，来研究光敏剂的反应行为和光化学特性。
2. 光催化反应光催化反应是指在光照的条件下，通过催化剂促进化学反应的过程。
光催化反应广泛应用于有机合成、环境净化和能源转化等领域。
实验中可以通过调节催化剂的种类、光照条件和反应体系，研究催化剂对反应速率和产物选择性的影响。
功能性有机化合物的合成与应用
功能性有机化合物的合成与应用功能性有机化合物是一类具有一定功能性质的有机化合物，常用于药物合成、催化剂设计、材料科学等领域。
本文将探讨功能性有机化合物的合成方法和其在各个领域中的应用。
第一部分：功能性有机化合物的合成方法功能性有机化合物的合成方法有很多种，以下是其中几种常见的方法。
1. 光化学合成法光化学合成法利用光照作为诱导反应的能源，通过光合成反应制备有机化合物。
这种方法具有选择性高、反应条件温和等优点。
2. 催化反应法催化反应法是通过引入适当的催化剂，在反应中加速化学反应的速率，从而合成目标有机化合物。
3. 环化反应法环化反应法是通过构建环状结构，将直链化合物转变为环状化合物。
这种方法常用于合成具有特定结构和性质的化合物。
4. 串联反应法串联反应法是将多个反应步骤连续进行，实现多步反应的合成。
这种方法常用于合成复杂的有机分子。
第二部分：功能性有机化合物在药物合成中的应用功能性有机化合物在药物合成中具有广泛的应用。
以下是几个典型的应用案例。
1. 作为药物活性基团功能性有机化合物中的特定基团可以与疾病靶点发生作用，从而发挥药物活性。
例如，酮类化合物可以通过与酶结合，实现对酶的抑制作用，因此在抗生素的合成中有重要应用。
2. 作为中间体功能性有机化合物可以作为合成药物的中间体，参与反应过程并最终形成目标化合物。
例如，氨基酸是合成多肽类药物的重要中间体。
第三部分：功能性有机化合物在材料科学中的应用功能性有机化合物在材料科学中也具有广泛的应用。
以下是几个典型的应用案例。
1. 光电转换材料某些功能性有机化合物具有光电转换性能，可以将光能转化为电能或反之。
这种材料在太阳能电池等领域有重要应用。
2. 分子传感器功能性有机化合物可以作为分子传感器，通过与特定目标分子发生作用，实现对目标分子的检测和分析。
这种传感器在环境监测、生物医学等领域有广泛应用。
第四部分：功能性有机化合物的发展趋势功能性有机化合物的研究和应用在不断发展，主要体现在以下几个方面。
光化学反应的应用
光化学反应的应用光化学反应是指在光的照射下，物质发生化学反应的过程。
这种反应具有广泛的应用，涉及到许多领域，包括环境保护、能源开发、医学和材料科学等。
本文将探讨光化学反应在这些领域的应用。
一、环境保护1. 光解有机污染物光化学反应可以应用于水体和空气中有机污染物的光解处理。
光解污染物是利用光子能量将有机污染物分解为无害的物质，从而实现环境治理的方法之一。
例如，紫外光照射下的有机物光解反应可以去除水体中的有机污染物，净化水源，保护水生态系统的健康。
2. 光催化氧化反应光催化氧化反应是指利用光照下的催化剂，如二氧化钛，将有机物氧化为无机物的过程。
这种反应可以将有害物质转化为无害物质，从而实现空气净化的目的。
例如，在室外空气净化设备中，通过光催化氧化反应可以将空气中的有害气体，如二氧化氮转化为无害的氮气。
二、能源开发1. 光电池光化学反应在能源开发中有着重要的应用，比如太阳能光电池。
太阳能光电池利用太阳辐射的能量，通过光化学反应将光能转化为电能，从而实现能源的转换和利用。
太阳能光电池可以广泛应用于居民用电、交通工具和航天等领域。
2. 光解水制氢光解水制氢也是光化学反应在能源开发中的一项重要应用。
在光解水制氢过程中，利用光能将水分解成氢气和氧气，然后利用氢气作为清洁能源。
这项技术具有潜力成为未来的可持续能源，可以应用于交通、工业和家庭供能等领域。
三、医学应用1. 光治疗光化学反应可以应用于医学领域的治疗。
光治疗是一种利用特定波长的光照射人体，激活光敏剂与组织中的氧分子发生光化学反应，从而杀灭肿瘤细胞或抑制病原体的方法。
光治疗被广泛应用于抗癌治疗、皮肤病治疗和牙科治疗等。
2. 光敏感药物光敏感药物是一类在光照射下发生化学反应的药物。
在医学治疗中，光敏感药物可用于靶向肿瘤细胞。
患者经过光敏感药物的静脉注射后，再将特定波长光照射在患处，激活药物的光化学反应，从而使肿瘤细胞发生破裂和死亡。
四、材料科学1. 光刻技术光刻技术是一种将光敏化的光刻胶通过光化学反应进行形状转换的工艺。
太阳能光化学转换
广东工业大学讲义太阳能光化学转换由于世界的飞速发展大自然留给我们的能源越来越短缺这就激发了各国的科学家对光合作用及其模拟的研究只能从能源上考虑光解水制造氢是太阳能光化学转化与储存的最好途径
广东工业大学 讲义
太阳能光化学转换
太阳能怎样分解水制氢？ 由于世界的飞速发展，大自然留给我们的 能源越来越短缺，这就激发了各国的科学 家对光合作用及其模拟的研究，只能从能 源上考虑，光解水制造氢是太阳能光化学 转化与储存的最好途径。因为氢燃烧后只 生成水，不污染环境，是便于储存和运输 的可再生能源。
广东工业大学 讲义
光化学转换
如果把太阳能先转化为电能，则光解水制 氢可以通过电化学过程来实现。绿色植物的光 合作用就是通过叶绿素吸收太阳光，把光能转 化为电能借助电子转移过程将水分解的。从太 阳能利用角度看，光解水制氢过程主要是利用 太阳能而不是它的热能
广东工业大学 讲义
太阳能分解水制氢
太阳能分解水制氢可以通过三种途径来进行。 一、光电化学池 二、光助络合催化 三、半导体催化
广东工业大学 讲义
光电化学池
即通过光阳板吸收太阳能并将光能转化为电 能。光阳板通常为光半导体材料，受光激发 可以产生电子——空穴对，光阳极和对极 （阴极）组成光电化学池，在电解质存在下 光阳极吸光后在半导体带上产生的电子通过 外电路流向对极，水中的质子从对极上接受 电子产生氢气。
广东工业大学 讲义
光助络合催化
光功能材料的原理应用
光功能材料的原理应用1. 介绍光功能材料是一类具有特殊光学性能的材料，可以实现光的控制、传输和转换。
光功能材料的应用范围广泛，涵盖了光电子学、光储存、光通信、光催化等领域。
本文将介绍光功能材料的原理和应用，并列举一些典型的光功能材料。
2. 光功能材料的原理光功能材料的原理主要涉及两方面：光学性能和材料特性。
2.1 光学性能光学性能是光功能材料的核心特征之一。
光功能材料主要通过光的散射、吸收、透明度和折射率等性质来实现对光的控制。
光功能材料的成分和结构决定了它们的光学性能。
例如，光吸收层材料可以吸收光的特定波长，用于光探测和光电转换；光散射材料可以将入射光散射成多个方向，用于抗反射和光散射器件的制备。
2.2 材料特性除了光学性能，材料特性也是影响光功能材料应用的重要因素。
材料特性包括材料的热稳定性、机械性能、化学稳定性等。
这些特性直接影响了光功能材料在实际应用中的稳定性和可靠性。
例如，光催化材料需要具有较高的热稳定性和化学稳定性，才能在光催化反应中发挥良好的效果。
因此，光功能材料的选择需要综合考虑其光学性能和材料特性。
3. 光功能材料的应用光功能材料在多个领域有着重要的应用，下面列举几个典型的应用领域和实例。
3.1 光电子学光电子学是利用光子和电子相互作用的学科，光功能材料在光电子学中有着重要的应用。
例如，太阳能电池中的光吸收层材料能够将太阳光转化为电能；光波导材料用于光信号的传输；光调制器件利用光功能材料的折射率变化来实现信号的调制。
3.2 光通信光通信是利用光纤传输信息的通信方式，光功能材料在光通信领域发挥着重要的作用。
光纤材料具有低损耗和高带宽的特点，能够实现远距离的信息传输。
光纤放大器和光纤传感器等光功能材料设备在光通信系统中起到了至关重要的作用。
3.3 光催化光催化是一种利用光能促进化学反应的方法，光功能材料在催化剂方面具有独特的应用。
光催化材料能够吸收光能并将其转化为化学能，从而实现催化反应。
光功能材料的应用及其原理
光功能材料的应用及其原理1. 引言光功能材料是一类具有特殊光学性质的材料，其应用涵盖了多个领域，包括光电子器件、光学传感器、光催化等。
本文将介绍光功能材料的应用及其原理，以便读者了解其基本概念和工作原理。
2. 光功能材料的类型光功能材料包括但不限于以下几种类型：•光学增强材料：通过控制光的传播和散射来提高光学的性能，如增加透射率、降低反射率等。
•光电材料：能够将光能转化为电能或反过来将电能转化为光能的材料，如太阳能电池、发光二极管等。
•光催化材料：能够利用光能来促进化学反应的材料，如光催化剂、光催化薄膜等。
3. 光功能材料的应用3.1 光电子器件光电子器件是利用光与电的相互作用原理进行能量转换或信号传输的电子设备。
其中一些设备包括：•发光二极管（LED）：将电能转化为光能的半导体器件，广泛用于照明、显示和通信等领域。
•光传感器：通过光的吸收、散射或反射来检测环境中的光强度，用于自动调节照明或探测光信号等。
3.2 光学传感器光学传感器是利用光在材料中的传播或散射特性来检测和测量环境中的物理量的传感器。
一些常见的光学传感器包括：•光电二极管（Photodiode）：利用光的能量来生成和控制电流的半导体器件，广泛应用于光通信、光谱分析等领域。
•光纤传感器：通过将光信号传输到光纤中，并通过检测光的强度、相位或频率来测量一些物理量，如温度、压力等。
3.3 光催化材料光催化材料是利用光能来促进化学反应的材料。
其中一种典型的应用是光催化薄膜的制备和应用，该薄膜能够利用光能来提高化学反应的速率和选择性。
4. 光功能材料的原理光功能材料的实现基于其特殊结构和成分。
以下是一些常见的原理：•光学增强材料：通过调整材料的结构和成分，实现对光的传播和散射的控制，从而提高光的透射率和降低反射率。
•光电材料：光电材料的工作原理基于半导体的特性，当光照射到半导体材料上时，激发了半导体中的电子，产生光电效应，将光能转化为电能或反过来将电能转化为光能。
功能高分子化学课件-光电转换材料64页PPT
16.08.2021
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第三节非线性光学有机高分子材料
二阶非线性光学材料大致可分为三类： 1、氧化物和铁电晶体，如铌酸锂，石英； 2、III-Ⅳ族半导体； 3、有机聚合物材料。
早期研究主要集中在无机晶体材料，但近期非线性光学聚合 物材料的研究是一个非常活跃的领域。研究表明，有机及聚合物 作为非线性光学材料具有以下明显优于无机晶体的特点：响应速 度快（亚皮秒甚至飞秒）、介电常数低、损伤阈值高、非线性响 应快、价格低廉、容易合成和裁减、与现有微电子平面工艺兼容、 可在各种衬底上制备器件等。另外，用有机聚合物制作多层材料 可以达到垂直集成，是现有铌酸锂等无机材料所做不到的。这些 优点使得用有机聚合物制备波导形式的电光调制器和倍频器件成 为有现实可能性的目标。
16.08.2阶非线性光学材料研究
对于二阶非线性光学效应应用的有机分子来说，迄 今普遍重视的多数是强电子给体和受体的基团通过大л 共轭体系作为“桥”结构连接的“一维”电荷转移分 子，也称之为生色团分子，其结构通式可写成Ｄ-л-Ａ。 其中D 和A 分别表示电子给体和受体基团。这样的生 色团分子在电场作用下显然会表现出各向异性以及微 观上的二阶非线性光学效应。但如果在聚合物材料中 所引入的生色基团为任意无规分布，或者生色基团形 成中心对称晶体堆砌时，整个聚合物材料仍具有宏观 中心对称结构而不会产生宏观上的二阶非线性光学效 应。
16.08.2021
4
第三节非线性光学有机高分子材料
3.1.2 非线性光学材料
分子光化学与光功能材料科学
分子光化学与光功能材料科学
1分子光化学与光功能材料科学
分子光化学与光功能材料科学是光物理学领域中一门广泛跨越多个学科的新兴学科。
它深入研究光-分子相互作用，和光波-材料间相互作用，以及其物理化学及生物学性质，并将这些物质的结构和性能联系起来。
分子光化学不仅仅研究光线如何作用于分子，还考察如何利用这种作用来制备、表征和生产高性能光功能材料和元件，以及它们的应用场合。
分子光化学和光功能材料科学的研究领域非常广泛，包括光谱学、物理力学和热物理学、分子结构及配位化学等多个学科的交叉技术。
此外，随着材料技术的不断发展，晶体增强激光材料、超分子结构材料、有机结构材料等新型复合光学材料也受到重视。
这些新型材料具有优良的光谱性能，可以实现定向控制，广泛应用于光纤通信、景观照明等领域，对日益丰富的光技术及其应用，以及光的微纳化控制具有重要的理论价值和实用价值。
分子光化学与光功能材料科学为这一领域的研究提供了重要的基础，不仅推动了新型光材料、光材料制备技术和光元件性能研究，而且还发掘了更新的可能性，为光技术的进步提供了强劲的动力。
此外，分子光化学与光功能材料科学也可以应用于医学病理学、生物学和国防科学等领域，这些领域在光材料和光应用中占有重要地位。
因此，分子光化学与光功能材料科学可以给我们的生活带来巨大的好处，它已经成为当今重要的研究热点，也是国际国内多个学科领域充满活力的发展前沿。
功能材料
一功能材料是指通过光、电、磁、热、化学、生化等作用后具有特定功能的材料。
从功能的不同考虑，可将功能材料分为以下几类:1． 力学性能：主要是指强化功能材料和弹性功能材料。
如高结晶材料，超高强材料等等。
2． 物理化学功能(1)电学功能材料：如超导体，导电高分子等等。
(2)光学功能材料：如光导纤维、感光性高分子等。
(3)能量转换材料：如压电材料、光电材料。
3． 化学功能(1)分离功能材料：如分离膜，离子交换树脂、高分子络合物。
(2)反应功能材料：如高分子试剂、高分子催化剂等等。
(3)生物功能材料：如固定化酶，生物反应器等等。
4． 生物化学功能(1)医用功能材料：人工脏器用材料如人工肾、人工心肺，可降解的医用缝合线、骨丁、骨板等等。
(2)功能性药物：如缓释性高分子，药物活性高分子，高分子农药等等。
(3)生物降解材料功能材料按其功能的显示过程又可分为一次功能材料和二次功能材料。
功能设计，就是赋予材料以一次功能或二次功能特性的科学方法。
以高分子材料为例，其主要途径是：（1）通过分子设计合成新功能。
包括高分子结构设计和官能团设计，是使高分子材料获得具有化学结构本征性功能特征的主要方法，因而又称为化学方法。
（2）通过特殊加工赋予材料以功能特性，又称为物理方法。
（3）通过两种或两种以上的具有不同功能或性能的材料进行复合获得新功能。
（4）通过对材料进行各种表面处理以获得新功能。
官能团的性质对材料性质的影响1) 骨架起主要作用2) 官能团起主要作用3) 骨架与官能团互相结合而发挥作用4) 官能团起辅助作用功能材料的制备方法（论述题）功能材料的制备一般是通过物理的或化学的方法将功能基团与聚合物骨架相结合的过程。
总体上讲功能材料的制备主要有三种基本类型：1．功能性小分子固定在骨架材料上2．大分子材料的功能化3．已有的功能材料的功能扩展聚合物包埋小分子另一类制备方法是在单体中引入小分子化合物，通过聚合过程将小分子包埋在聚合物中。
光化学转化原理
光化学转化原理光化学转化是指光能量在化学反应中的转化过程，即通过吸收光能量使分子发生化学变化的过程。
光化学转化原理是基于光与物质的相互作用，通过光激发物质分子的电子，从而改变分子的能量和结构。
光化学转化的原理可以简单地描述为：光通过吸收分子的电子，将其激发到高能态，使其产生化学反应。
这个过程是通过光激发物质的电子从基态跃迁到激发态，然后在激发态下发生化学反应，最后再回到基态。
光化学转化的反应路径和速率取决于分子的电子结构和能级分布。
光化学转化常见的应用包括光合作用、光催化和光敏化反应等。
光合作用是一种光化学转化的生物过程，通过光能转化为化学能，将二氧化碳和水转化为有机物质和氧气。
光合作用是维持地球生态系统平衡的重要过程，也是生物体获得能量的途径。
光催化是利用光能促进化学反应的一种方法，通过光照射携带光能的光子与催化剂表面的分子发生相互作用，激发催化剂表面的电子，从而加速反应速率。
光催化广泛应用于环境治理、能源转换和有机合成等领域。
例如，利用光催化可以将废水中的有机物质降解为无害的物质，达到净化水环境的目的。
光敏化反应是一种利用光激发物质分子从而引发化学反应的方法。
光敏化反应常见的应用包括光敏剂、光敏催化剂和光敏聚合物等。
光敏剂是一种能够吸收光能并在光激发下发生化学反应的物质，常用于医学影像、荧光探针和光动力疗法等领域。
光敏催化剂是一种能够在光照射下催化化学反应的物质，常用于有机合成和催化加氢等反应中。
光敏聚合物是一类能够通过光照射引发聚合反应的高分子材料，常用于光刻胶和光纤传感器等领域。
光化学转化原理的研究对于理解光与物质的相互作用、探索光能利用和开发新型光功能材料具有重要意义。
通过深入研究光化学转化的机理和性质，可以设计和合成具有特定功能和性能的光敏化合物和材料，为解决能源、环境和生命科学等领域的重大问题提供新的解决方案。
总结起来，光化学转化原理是基于光与物质的相互作用，通过光激发物质分子的电子，从而改变分子的能量和结构。
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曹静
教授
淮北师范大学
PCOM
201420
植物木质部介观结构及其物质传输行为
1.5
王亚君
博士后
国家纳米科学中心
——
总计
30
——
——
——
光化学转换与功能材料重点实验室
二零一四年六月四日
中国科学院
光化学转换与功能材料重点实验室
Key Laboratory of Photochemical Conversion and Optoelectronic Materials, TIPC, CAS
关于重点实验室2014年开放课题批准通知
经中科院“光化学转换与功能材料”重点实验室评审，2014年批准以下20个开放课题获得实验室资助，项目起止时间2014.06-2015.06，特此通知。
序号
课题名称
批准
经费
(万元)
申请人
职称
依托单位
PCOM
201401
新型导电有机磁体的制备及其性能研究
1.5
谢宇
教授
南昌航空大学
PCOM
201402
光可控的多吡啶铂（Ⅱ）配合物超分子组装体的设计合成及应用研究
1.5
邢令宝
讲师
山东理工大学
PCOM
201403
荧光氨基葡萄糖化合物的合成与性质
1.5
李意羡
助理
1.5
欧植泽
副教授
西北工业大学
PCOM
201417
微乳液法制备氧化钼包覆高聚物纳米复合材料及其光催化性质研究
1.5
杜金花
讲师
内蒙古科技ห้องสมุดไป่ตู้学
PCOM
201418
有机/无机杂化膜的构筑及光电特性研究
1.5
王凤霞
助理
研究员
中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
PCOM
201419
掺杂型BiOBrxI1-x的调控制备、表面修饰及其增强的光催化性能研究
PCOM
201413
耐高温气凝胶的合成与表征
1.5
王双青
副研究员
中科院化学研究所
PCOM
201414
多晶相金属氧化物的异相结的构建与光催化性能的研究
1.5
张静
副教授
辽宁石油化工大学
PCOM
201415
智能材料电致变色吡咯基衍生物的制备与性能研究
1.5
白晓霞
博士后
西安交通大学
PCOM
201416
三联吡啶铂/苝四甲酰亚胺超分子检测G-四链体DNA
申请人
职称
依托单位
PCOM
201410
暴露高指数晶面二氧化钛的绿色可控合成及其光催化性能
1.5
陈其凤
讲师
济南大学
PCOM
201411
钙镁掺杂Garnet型锂离子固态电解质的合成及性能
1.5
杨晓峰
副教授
中北大学
PCOM
201412
基于层状铌酸盐的可见光光催化材料制备及性能研究
1.5
李英宣
副研究员
中科院新疆理化技术研究所
研究员
中科院化学研究所
PCOM
201404
光响应的自组装体系
1.5
李姝静
副教授
北京工商大学
PCOM
201405
卟啉功能化的无机半导体纳米材料的制备及在比色检测过氧化氢中的应用
1.5
刘青云
副教授
山东科技大学
PCOM
201406
分级二氧化钛纳米管线形染料敏化太阳能电池的制备及性能
1.5
翟锦
教授
北京航空航天大学
PCOM
201407
减反增透超双疏耐磨涂层的制备和研究
1.5
杨巧文
教授
中国矿业大学
（北京）
PCOM
201408
量子点敏化Li4Ti5O12纳米晶太阳能电池的研究
1.5
舒杰
副教授
宁波大学
PCOM
201409
半导体一维纳米结构表面增强拉曼散射效应研究
1.5
潘孝军
副教授
兰州大学
序号
课题名称
批准
经费
(万元)