功能高分子化学-16(光敏高分子-2)
功能高分子资料
1.功能高分子概述功能高分子材料是指那些具有独特物理特性（如光，电，磁灯）或化学特性（如反应，催化等）或生物特性（治疗，相容，生物降解等）的新型高分子材料主要研究目标和内容：新的制备方法研究，物理化学性能表征，结构与性能的关系研究，应用开发研究。
2高分子化学试剂与普通试剂相比优缺点优点:（1）简化操作过程。
高分子化的高分子反应试剂和催化剂在反应体系中仅能溶胀，不能溶解，这样有利于使其与小分子的原料和产物分离（2）有利于贵重试剂和催化剂的回收和再生（3）可以提高试剂的稳定性和安全性（4）所谓的固相合成工艺可以提高化学反应的机械化和自动化度（5）提高化学反应的选择性（6）可以提供在均相反应条件下难以达到的反应环境缺点：1增加试剂生产的成本2降低化学反应速度氧化还原型高分子试剂：含醌式结构的高分子试剂，含硫醇结构的高分子试剂，含吡啶结构的高分子试剂，含二茂铁结构高分子试剂，含多核杂环芳烃结构高分子试剂高分子氧化试剂：高分子过氧酸，高分子硒试剂高分子还原试剂：高分子锡还原剂，高分子磺酰肼反应试剂高分子卤化试剂：二卤化磷型，Ｎ－卤化酰亚胺型，三价碘型高分子酸碱催化剂的特点：1、网状结构2、难溶（水、酸、碱、有机溶剂）3、稳（热、机械、化学）4、含活性基团（-SO3 H、-COOH）提供-H或者-OH基团催化反应。
3反应型高分子应用特点反应型功能高分子材料是指具有化学活性，并且应用在化学反应过程中的功能高分子材料，包括高分子试剂和高分子催化剂。
应用特点：具有不溶性，多孔性，高选择性和化学稳定性，大大改进了化学反应的工艺过程，且可回收再用。
4复合型导电高分子材料定义：复合型导电高分子是在本身不具备导电性的高分子材料中掺混入大量导电物质，如炭黑、金属粉等，通过分散复合等方法构成的复合材料。
结构：分散复合结构，层状复合结构，表面复合结构，梯度复合结构构成：高分子基体材料（连续相和粘结体作用），导电填充材料，助剂导电原理：渗流理论，隧道导电理论，PTC效应（热膨胀说，晶区破坏说）应用：复合型导电塑料，复合型导电橡胶，复合型导电涂料，导电粘合剂。
功能高分子材料第四章《光敏高分子材料》预习题(一)
1. 哪些结构或基团具有光敏活性？(1)具有光敏活性的结构有：PN 结、羰⾮那烯-2,3-⼆腈⻣架、树脂等；(2)具有光敏活性的基团有：偶氮基、重氮基、叠氮基、烯基、⾁桂酰基、⾁桂叉⼄酰基、苄叉苯⼄酮基、苯⼄烯基吡啶基、α-苯基⻢来酰亚胺基、丙烯酸酯基、卟啉类低聚物（⽐如⾎卟啉、原卟啉、铁卟啉等）、呫吨类染料（⽐如荧光素、曙红、藻红、玫瑰红等）、⼀些特定的醌类化合物（⽐如苝醌类 PQP）等。
2. 光化学反应包括哪些反应？光化学反应范围很⼴，分为化合、分解、氧化、还原等化学反应，主要有光合作⽤和光解作⽤两种，其次还有光交联、光聚合、光氧化还原、光⼆聚、光分解、光异构化反应等。
(1)有机合成中的光化学反应有机合成中常⻅的光化学反应有光氧化反应、光还原反应、光聚合反应和光取代反应等。
①光氧化反应是在光照射、光敏剂作⽤下，有机物分⼦与氧繁盛的加成反应。
②光还原反应是在光催化下，有机物分⼦从供氧体中抽取氢分⼦⽽发⽣的还原反应。
③光聚合反应是单体分⼦借光的引发（或⽤光敏剂）活化成⾃由基⽽进⾏的连锁聚合。
④光取代反应常⻅的是脂肪烃的光滤代制氯代烃。
(2)环境化学中的光化学反应环境化学中的光化学反应主要有光氧化反应、光降解反应和光氧-微⽣物降解反应。
①光氧化降解反应是在光作⽤下，氧化将有机物分⼦如芳醛、芳醇和芳烃氧化为氢过氧化物。
②光氧-微⽣物降解反应需要具有光敏基团或易与微⽣物作⽤的结构。
3. 感光⾼分⼦应具备哪些性能？(1)图像特性：感光度，分光感光度，解像⼒，反差，显影性，S/N ⽐，光照时空⽓的影响；(2)涂层特性：粘着性，膜厚均⼀性，尺⼨稳定性，柔软性，⽓孔，易成膜性，耐药品性，耐电镀性，耐热性，耐⽓候性，耐刷性，印刷油墨粘附性 ；(3)化学特性：保存稳定性，组成均⼀性，不纯物含量，⽓味，安全性，易得性，可加⼯性，经济性⽔分含量，废料处理简单。
浅谈：功能高分子材料分类与性能应用
浅谈：功能高分子材料分类与性能应用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。
通常，人们对特种和功能高分子的划分普遍采用按其性质、功能或实际用途划分的方法，可以将其分为八种类型。
1、反应性高分子材料包括高分子试剂、高分子催化剂、高分子染料，特别是高分子固相合成试剂和固定化酶试剂等。
2、光敏性高分子材料包括各种光稳定剂、光刻胶、感光材料、非线性光学材料、光电材料及光致变色材料等。
3、电性能高分子材料包括导电聚合物、能量转换型聚合物、电致发光和电致变色材料及其他电敏感性材料。
4、高分子分离材料包括各种分离膜、缓释膜和其他半透明膜材料、离子交换树脂、高分子絮凝剂、高分子螯合剂等。
5、高分子吸附材料包括高分子吸附树脂、吸水性高分子等。
6、高分子智能材料包括高分子记忆材料、信息存储材料和光、磁、pH值、压力感应材料等。
7、医用高分子材料包括医用高分子材料、药用高分子材料和医用辅助材料等。
8、高性能工程材料如高分子液晶材料、耐高温高分子材料、高强度高模量高分子材料、阻燃性高分子材料、生物可降解高分子和功能纤维材料等。
常见的几种功能高分子材料离子交换树脂它是最早工业化的功能高分子材料。
经过各种官能化的聚苯乙烯树脂，含有H 离子结构，能交换各种阳离子的称为阳离子交换树脂，含有OH-离子结构能交换各种阴离子的称为阴离子交换树脂。
它们主要用于水的处理。
离子交换膜还可以用于饮用水处理、海水炎化、废水处理、甘露醇、柠檬酸糖液的钝化、牛奶和酱油的脱盐、酸的回收以及作为电解隔膜和电池隔膜。
高分子催化剂催化生物体内多种化学反应的生物酶属于高分子催化剂。
它具有魔法般的催化性能，反应在常温、常压下进行，催化活性极高，几乎不产生副产物。
近十年来，国内外多有研究用人工合成的方法模拟酶，将金属化合物结合在高分子配体上，开发高活性、高选择性的高效催化剂，这种高分子催化剂称为高分子金属催化剂。
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)
功能高分子名词解释
功能高分子名词解释名词解释高性能高分子：对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。
功能高分子：就是指当有外部提振时，能够通过化学或物理的方法作出适当的高分子材料。
特种高分子材料：带有特殊物理、力学、化学性质和功能的高分子材料，其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料的范畴。
通用型高分子材料：应用领域范围广量小，价格较低。
根据其性质和用途可以分成五个小类：化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、粘合剂。
阳离子交换树脂：能解离出阳离子、并能与外来阳离子进行交换的树脂。
阴离子互换树脂：能够离解出来阴离子、时能与外来阴离子展开互换的树脂。
分离膜：能以特定形式限制和传递流体物质的分隔两相或两部分的界面。
膜在生产和研究中的采用技术被称作膜技术。
如果在高浓度水溶液一侧加压，使高浓度水溶液侧与低浓度水溶液侧的压差大于渗透压，则高浓度水溶液中的水将通过半透膜流向低浓度水溶液侧，这一过程就称为反渗透。
用作实行反渗透操作方式的膜为反渗透膜。
反渗透膜大部分为不能等距膜，孔径大于0.5nm，可以侵吞溶质分子。
超滤技术的核心部件是超滤膜，分离截留的原理为筛分，小于孔径的微粒随溶剂一起透过膜上的微孔，而大于孔径的微粒则被截留。
导电高分子就是由具备共轭π键的高分子经化学或电化学“参杂”并使其由绝缘体转型为导体的一类高分子材料。
这些带电粒子可以是正、负离子，也可以是电子或空穴，统称为载流子。
这种因嵌入了电子受体或电子给体而提升电导率的方法称作参杂。
参杂的方法可以分成化学法和物理法两大类，前者存有气相参杂、液相参杂、电化学参杂、光引起参杂等，后者存有离子注入法等。
电导率发生突变的导电填料浓度称为“渗滤阈值”光致抗蚀，就是指高分子材料经过光照后，分子结构从线型可溶性转型为网状不可溶性，从而产生了对溶剂的抗蚀能力。
光致诱蚀，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。
医用高分子材料则就是生物医用材料中的关键组成部分，主要用作人工器官、外科复原、理疗康复、确诊检查、患疾化疗等医疗领域。
功能高分子
功能高分子功能高分子，英文名functional polymers。
在合成或天然高分子原有力学性能的基础上，再赋予传统使用性能以外的各种特定功能（如化学活性、光敏性、导电性、催化活性、生物相容性、药理性能、选择分类性能等）而制得的一类高分子。
一般在功能高分子的主链或侧链上具有显示某种功能的基团，其功能性的显示往往十分复杂，不仅决定于高分子链的化学结构、结构单元的序列分布、分子量及其分布、支化、立体结构等一级结构，还决定于高分子链的构象、高分子链在聚集时的高级结构等，后者对生物活性功能的显示更为重要。
背景功能高分子材料从20世纪50年代才初露端倪，到70年代方成为高分子学科的一个分支，目前正处于成长时期。
功能高分子材料从功能上大致可分为四类：第一类是化学功能，包括离子交换、催化、光聚合、光分解、光降解等；第二类是物理功能，包括导电、热电、压电、超导、磁化、光弹性等；第三类是介于化学、物理之间的功能，包括吸附、膜分离、高吸水、表面活性等；第四类是生理功能，包括生理组织适应性，血液适应性等。
下面列举几种日常生活中可能遇到的功能高分子材料制品。
光敏高分子经光照吸收光能后在结构上发生化学变化或物理变化的高分子。
又称光敏树脂。
它广泛用于印刷版、光刻胶，光敏油墨、光敏油漆等方面。
有的高分子吸收不同波长的光后能使结构发生可逆的变化而引起吸收光谱的变化，这类高分子称光致变色高分子。
电学功能高分子有些共轭双键体系的高分子如聚乙炔等，具有半导体性质，称为高分子半导体，如在电子非定域化的分子间分子轨道相互作用很强，则由于载流子的生成和转移容易进行，会表现出很强的电学性能，这称为导电高分子；光照后能产生光生伏打效应的，称为光导高分子（聚乙烯咔唑／三硝基芴酮）；聚偏氟乙烯及其共聚物在热及压力作用下能产生热电及压电效应的，称为热电及压电高分子。
催化功能高分子酶是天然高分子催化剂，模仿天然酶、参照酶的活性中心，并与高分子效应结合而合成的高活性、高选择性催化剂叫模拟酶，如高分子催化剂及高分子金属催化剂；为克服酶的水溶性缺点，将酶用高分子限定在一定空间内，称固定化酶。
功能高分子材料
功能高分子材料近30年来，高分子化学与高分子材料工业发展迅猛，功能高分子材料也得到了蓬勃发展。
所谓功能小是指这类高分子除了机械特性外，另有其他功能。
例如：光、电、磁性能，对特定金属离子的选择螯合性，以及生物活性等，这些都与高分子材料中具有特殊结构的官能团密切相关。
功能高分子的独特性使其在诸多领域得到了广泛应用，并具有巨大的发展潜力，引起了人们广泛注意。
一、功能高分子材料简介功能高分子是60年代末迅速发展起来的新型高分子材料。
功能高分子的内容丰富、品种繁多、发展迅速，已成为新技术革命必不可少的关键材料，必将对21世纪人类社会生活产生巨大影响。
1、功能高分子材料的定义对物质、能量和信息具有传输、转换或贮存作用的高分子及其复合材料称为功能高分子材料，通常也可简称为功能高分子，有时也称为精细高分子或特种高分子(包括高性能高分子) 【1】。
2、功能高分子材料的分类功能高分子材料分为两类：一类是在原来高分子材料的基础上，使其成为具有更高性能和功能的高分子材料，另一类是具有新型功能的高分子。
二、功能高分子材料发展现状1、具有光、电、磁功能的高分子材料（1）光功能高分子材料所谓光功能材料就是指在外场如力、声、热、电、磁、光等场的作用下, 其光学性质会发生改变的材料。
主要包括磁光、声光、电光、压光及激光材料。
有人说21世纪将是人类的信息社会。
实际上传递、记录、储存信息的媒介和实体大多是光功能材料。
因此, 可以说光功能材料是21世纪的材料, 它将改变整个信息社会。
【2】第一，光导纤维目前以20 的年增长率迅速发展，今后的发展重点是开发低光损耗、长距离光传输的光纤制品；第二，光导高分子在光照时能引起电阻率的明显下降，已取代硒鼓，成为复印机、激光打印中的关键材料；第三，功能高分子在太阳能转换中的应用是当前国际上的研究热点，研究方向包括光热转换、光化学转换和光电转换三个方面。
（2）电功能高分子材料电功能高分子材料包括：导电、压电、超导材料，可用于输电、电池、IC电路、精密机器、武器制造等尖端技术领域“。
高分子化学名词解释(拼音排序)
B半衰期：物质分解至起始浓度（计时起点浓度）一半时所需的时间。
tl/2=ln2/kd=0.696/kd;ln[I]/[I]0=-kdt本体聚合：本体聚合是单体本身加入少量引发剂的聚合。
玻璃化温度:非晶态聚合物或部分结晶聚合物中非晶相发生玻璃化转变所对应的温度。
其值依赖于温度变化速率和测量频率，常有一定的分布宽度。
D单基终止:链自由基从单体溶剂引发剂等低分子或大分子上夺取一个原子而终止，这些失去原子的分子可能形成新的自由基继续反应，也可能形成稳定的自由基而停止聚合。
单体:合成聚合物所用的低分子的原料。
如聚氯乙烯的单体为氯乙烯单体单元:结构单元与原料相比，除了电子结构变化外，其原子种类和各种原子的个数完全相同，这种结构单元又称为单体单元。
单体活性:单体的活性我们一般通过单体的相对活性来衡量，一般用某一自由基同另一单体反应的增长速率常数与该自由基同其本身单体反应的增长速率常数的比值来衡量。
低分子基质:低分子反应物中的特定基团与保护试剂作用后受到保护不再参与主反应，这种受到保护的低分子反应物称作低分子基质。
定向聚合:任何聚合过程或任何聚合方法，只要它是经形成有规立构聚合物为主，都是定向聚合。
定向聚合等同于立构规整聚合。
动力学链长:每个活性种从引发阶段到终止阶段所消耗的单体分子数定义为动力学链长，动力学链在链转移反应中不终止。
多分散性:聚合物通常由一系列相对分子量不同的大分子同系物组成的混合物，用以表达聚合物的相对分子量大小并不相等的专业术语叫多分散性。
F反应程度与转化率:参加反应的官能团数占起始官能团数的分率。
参加反应的反应物与起始反应物的物质的量的比值即为转化率。
聚合度:Xn=l/（1-P）非理想共聚：竞聚率rl*r2#的聚合都是非理想聚合，非理想聚还可再往下细分。
rl〉l、r2〈l在对角线上方分散剂：分散剂大致可分为两类,（1）水溶性有机高分子物，作用机理主要是吸咐在液滴表面，形成一层保护膜，起着保护人用，同时还使表面（或界面）张力降低，有利于液滴分散。
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。
光学功能高分子材料
32
以硅基片的制备为例：在表面有SiO2的硅片上涂上一层光刻胶， 干燥后加上一层掩膜进行曝光，这样曝光区与非曝光区的光刻胶膜就 发生了溶解度差异：
33
34
（一）光致抗蚀剂的分类
光致抗蚀剂按其光化学反应可分为光交联型和光分解
型。
根据采用光的波长和种类不同可以分为可见光刻胶、 紫外光刻胶、放射线光刻胶、电子束光刻胶和离子束光刻胶
分子量较小的低聚物，或者为可溶形线形聚合物，在分子量 上区别于一般聚合树脂和可聚合单体，为了取得一定的黏度 和合适的熔点，分子量一般要求在1000-5000之间。
23
4.2.1 光敏涂料预聚物
光敏涂料预聚合物是光敏涂料中最重要的 成分之一，涂层最终的性能，如硬度、柔韧性、 耐久性及黏附性等，在很大程度上与预聚物有 关。
重 铬 酸 盐 + 高 分 子
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根据其在光参量作用下表现出的功能和性质分类：
（1）高分子光敏涂料 （2）高分子光刻胶 （3）高分子光稳定剂 （4）高分子荧光（磷光）材料
（5）高分子光催化剂
（6）高分子光导材料 （7）光致变色高分子材料
（8）高分子光力学材料
13
3.3 光学高分子体系的设计与构成
3、激发态的猝灭
4、分子间或分子内的能量转移过程
5
表 2 —1
光线名称 微 波 波长 /nm 106～107 103～106 800
各种波长的能量
能量 /kJ 10-1～10-2 10-1～102 147 紫外线 光线名称 波长 /nm 400 300 200 能量 /kJ 299 399 599
19
77
20
78
21
22
4.2 光敏涂料的结构类型
《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。
《光敏高分子》PPT课件 (2)
CH3 —C—
CH3
O —O—CH2—
O
OH
OH
O
A + O
O
CH2=CHCOOH 叔胺 CH2=CHC—O—CH2CH—A—CHCH2—O—CCH=CH2
环氧特点：粘结力强，耐腐蚀。
引入丙烯酸、酸酐、富马酸是为了引入双键，提供光交联反应
活性点。
精选课件ppt
32
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。
性能：流平性levelling property，机械性能mechanical property， 化学稳定性chemical stability，光泽brilliance，粘结力cohesive force， 固化速度curing speed等。
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35
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。
含重氮萘醌的正性光刻胶临重氮醌在紫外光作用下失去n2后进行重排转变成烯酮然后经过水解产生可溶于稀碱的茚酸它是一类广泛使用的正性光刻采用含有叠氮醌类化合物的材料经光照后会发生光分解反应由油溶性变为水溶性可以制成正性胶光刻胶根据在显影过程中曝光区域的去除或保留可分为两种正性光刻胶positivephotoresist和负性光刻胶negativephotoresist正性光刻胶之曝光部分发生光化学反应会溶于显影液而未曝光部份不溶于显影液仍然保留在衬底上将与掩膜上相同的图形复制到衬底上
SiO2 Si
Positive
Resist Base
Coat
Mask
Negative
Expose
Develop
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功能高分子材料简介
12
(2) 掺杂反应类型：
(a) 氧化－还原掺杂： 高分子链发生氧化－还原反应而出现离子对 化学掺杂、电化学掺杂、离子注入掺杂等
13
电化学掺杂就是氧化还原反应在电极表面上发生。 将聚合物涂覆在电极表面上，或使单体在电极表 面上直接聚合，形成薄膜。改变电极的电位，表 面的聚合物膜与电极发生电荷的转移，聚合物失 去或得到电子，变成氧化或还原状态。
2022/7/29/20:48:19
(b) 质子酸掺杂：与质子酸反应后表现出导电性
质子酸掺杂对聚苯胺的改性有重要意义：
与HCl、H2SO4等反应后，聚苯胺出现电导率剧增 (101010 sm-1) 现象：
解释：质子酸掺杂使分子链带电，通过分子链内的电 荷转移，形成电荷密度的周期性分布。
15
聚苯胺 的质子 酸掺杂
聚噻吩
(
)
Sn
聚吡咯 聚苯胺
(
)
Nn
H
(
NH )n
聚苯
(
)
n
8
1 分类
(1) 结构型导电高分子材料： 本身提供载流子显示导电性的材料
—— 共轭聚合物(聚乙炔)、金属螯合型聚合物 (聚酞菁铜)、高分子电荷转移配合物等 (2) 复合型导电高分子材料：
本身不导电、要通过掺入导电微粒或细丝才 能导电、载流子由掺入材料提供
功能高分子材料简介
Functional Polymers
1
6.1 概述
常规高分子材料
①合成纤维 ②合成橡胶 ③塑料 10.1 概述 ④油漆涂料 ⑤高分子粘合剂
2
功能高分子化学的内容与发展
(1) 研究功能高分子化学的目的和意义
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二、光致变色储存信息及可逆光调节作用的基本原理 光致变色储存信息基本原理： 理想光致变色物质作为存储介质需具有两个光吸收带，
1 状 态 1 状 态 2 2
正光致变色：λ 2> λ1 负光致变色：λ1> λ2
三、主要光致变色高分子 制备光致变色高分子的途径： • 将光致变色结构单元连接到高分子主链或侧链上 • 小分子光致变色材料与聚合物共混 1、含硫卡巴腙结构型
一、光致变色基本原理
光致变色
polymer)
光 化 学 过 程 变 色 :顺 反 异 构 反 应 、 氧 化 还 原 反 应 、 离解反应、环化反应、氢转移互变异构化反应。
photochromism
光物理过程变色：某些处于三线态的物质允许进行三线态－三线态的跃 迁，此时伴随有特征吸收光谱的变化而导致变色
N H
H 2O
N CH2
*
OCHCH2
n
*
柔性良好的聚环氧丙烷咔唑
Z N
Z=0, R =0,
R:
H , -C H M e E t, -N O 2 , -S O 3 -O (C H 2 ) 8
R
Z : -(C H 2 ) n ,
功能分离多层结构形式:
载流子传输层
载流子发生层 载流子阻挡层 铝基材
激光打印机中使用的光导材料:
偶氮类(酞菁类)化合物+ 聚合物
邻氯双偶氮颜料
光导聚合物的应用－图像传感器
图像传感器是利用利用光导电特性实现图像信息的接受与 处理。 工作原理：
光导材料： MEH-PPV与C60衍生物的复合体，聚3－辛氧基噻吩C60衍 生物的复合体等。
6、含噻嗪结构型 氧化态通常为蓝色, 还原态无色
*
CH2
CH
n
* H +
N N
R1
*
CH2
CH
n
*
CO NH C H 2O H
S Cl
R 2 -H O 2 N R3
CO NH CH2 N
R1
N S Cl R2 N R3
7、共混型
将光致变色化合物与聚合物共混而制得。
光导电高分子材料（photoconductive polymer ）－概述
光导聚合物的应用－静电复印和激光打印
光导电体在光的控制下收集和释放电荷，通过静电作用 吸附带相反电荷的油墨。
充电
材 料
2.导 电 型 基 材
3. 载 体 和 调 色 剂
4. 复 印 纸
静电复印原理及过程
静电复印中使用的光导材料: 聚乙烯咔唑-硝基芴酮
光敏预聚物 光引发剂 光敏涂料组成 光敏剂
photoinitiatortor photosensitizer
活 性 稀 释 剂 ( 单 体 ） thinner 添 加 剂 additives
1、光敏预聚物 (photosensitive prepolymer) 分子量：1000－5000 含有反应性基团 •丙烯酸酯化环氧树脂 环氧树酯分子骨架涂料具有韧性、柔顺性、粘结性 及化学稳定性等优良性能。
•不饱和聚酯(unsaturated polyester) 该种涂料具有坚硬、耐溶剂好但附着力和韧性不好等 特点。
•聚氨酯(polyurethane) 聚氨酯涂料具有粘结力强、耐磨、坚硬而柔软的特点。 主要缺点：日光长时间照射易使漆膜发黄。
2. 活性稀释剂 作用：在光固化前起溶剂的作用，在聚合过程中起交联 的作用，尔后称为漆膜的组成部分。
无 机 光 导 材 料 :Se, ZnS, CdS, 非 晶 硅 等 。 光导电材料 共轭结构的有机小分子材料 有机高分子光导材料 电荷转移复合物 线性共轭高分子材料
光导电机理：
无机光导材料： 价带中的电子吸收光能之后跃迁至导带；在电场的作用 下，进入导带的电子或空穴发生迁移产生电流。 分子型光导材料： 光活性分子中的基态电子吸收光能后至激发态，其中有些 激发态分子会发生离子化，形成电子－空穴对；在电场的 作用下，电子－空穴对发生离解，离解后的空穴或电子作 为载流子可进行定向移动产生光电流。
3、含茚二酮结构型
R O R C R‘ O O
hr
R' C O
4、含螺苯并吡喃结构型 可进行可逆开环异构化反应
CH3 CH 3
N
C N R O
紫外光 可见光
CH3 CH 3 N C N R
O
5、聚联吡啶（紫罗精）型 氧化态无色或浅黄色，第一还原态为深蓝色。
+ * +
N X
-
N X
-
R
* n
R :烷 基 、 烷 氧 基 等 X :卤 素
光敏高分子的分类
高分子光敏涂料 高分子光刻胶 高分子光稳定剂 光敏高分子 高 分 子 荧 光 (磷 光 )材 料 高分子光催化剂 高分子光导材料 光致变色高分子 高分子非线性光学材料 高分子光力学材料
高分子光敏涂料
高分子光敏涂料是聚合或交联组分直接混合在一起，内 含有光敏成分，在常温无光照情况下是稳定的，如在光的 作用下可发生聚合或交联反应而固化。 特点：固化速度快、能耗少、污染少等。 缺点：不适合形状复杂物表面涂层，成本高。 作用：起装饰和保护层的作用；抗蚀剂的作用。 一、光敏涂料体系的构成
光刻胶的品种 一、紫外光刻胶 作为2um以下微细图形的集成电路光蚀掩膜。 正型光刻胶：含有重氮萘醌结构的酚醛树脂
*
CH2 * O SO2
m
*
CH2 OH
* n
N2 O
负型光刻胶：主要是分子链中含有不饱和键或 可聚合活性点的可溶聚合物。
如聚乙烯醇肉桂酸酯
二、远紫外光刻胶
λ＝200－300nm, 可制得比UV抗蚀剂小的微细 图形，用于1.5um以下的半导体器件的刻蚀。
KOH
O N K N C H 2C H 2O K
N H
H 2O
KOH
A IB N
N C H 2C H 2O H
N C H=CH2
*
N CH CH2
* n
O NO2
H 2 SO 4 ( 浓 ) H NO 3 ( 发 烟 )
O NO2
NO2
NO2
CH2Cl
KOH
O N K N H CH2 C O CH2
光刻胶
正型光刻胶：在光照下，胶发生光降解使溶解度增加。 光刻胶（光致抗蚀剂）
positive photoresist
negative photoresist
photodegradation
photoresist agent
负型光刻胶：在光照下，胶发生光交联使溶解度下降。
photocrosslinking
D A [D A ] D A
光激发 电场力
光导电高分子材料－光导聚合物结构类型
光导聚合物
聚合物主链或侧链 上含有光导电结构
复合型光导 高分子材料
线性共轭 高分子光导材料
侧链带有共轭结构 高分子光导材料
侧链连有芳香胺或 含氮杂环 高分子光导材料
正型： 聚甲基丙烯酸甲酯 聚甲基异丙烯基酮＋增感剂 萘醌二叠氮化合物＋线性酚醛树脂 甲基丙烯酸甲酯－对甲氧苯基异丙基酮共聚物
负型：
氯甲基化苯乙烯系 环 化 橡 胶 ＋ 4， 4'-二 叠 氮 基 二 苯 基 硫 化 物
三、电子束光刻胶 解像度一般在0.8um左右。 正型：聚甲基丙烯酸酯及其衍生物 负型：丙烯酸乙酯共聚体
光导材料: 在光的照射下导电率能显著增加的材料。
e
:电 导 率 ： 单 位 体 积 中 载 流 子 的 密 度
e:电 子 电 荷
： 载 流 子 的 迁 移 率
感度：单位时间材料吸收一个光子所产生的载流子的数目。
G :感度
G
Ip e I 0 (1 T ) A
Ip :产生的光电流 e :电 子 电 荷 I0 : 单 位 面 积 入 射 光 子 数 T :测定材料透光率 A :光照面积
CH3
*
CH2
C CO NH
x
* H C
2
C H*
y
* CH2
CH
* z
CO NH2
C O O C 4H 9
N -N H Hg
S
C N=N
日光照射由橘红色变为暗棕色或紫色。
2、偶氮苯型 光致变色性能是由于偶氮苯的顺反异构体变化引起的。
N N R
hr 暗处
N=N R
制备途径： • 含乙烯基偶氮化合物的聚合 • 通过重氮盐的偶联反应将偶氮结构接到高分子链上 • 通过缩聚反应将偶氮结构引入高分子主链中。
如丙烯酸酯类（丙烯酸羟乙酯，沸点202℃）、乙烯基醚类。
二、光敏涂料性能指标 • 流平性能(flowing )
• 机械性能 • 化学稳定性 • 涂层的光泽(gloss) • 粘结力(adhesion) 三、光敏涂料光固化(photocuring)反应的主要影响 因素 • 光源(photosource ) • 光引发剂/光敏剂 • 涂料的厚度 • 底基性质 • 气氛介质 • 温度 • 涂料配方
四、X-射线光刻胶 正型：聚甲基丙烯酸甲酯及其共聚物 负型：丙烯酸乙酯共聚体 聚2，3 －二氯－1－丙烯酸丙酯＋N-乙烯基咔唑 五、离子束光刻胶
0.4-5nm的软X-射线，能得到解像度0.1um, 分辨率高。
分辨率高，重现精度好，精度可达0.1um。
PMMA等
光致变色高分子材料 (photochromic