功能高分子——光敏高分子材料共95页文档
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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。
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。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
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。
光敏高分子材料
S2
vr
ic
T2
S1
isc
abs
T1
f1 ic phos
isc
S0
Jablonsky光能耗散图
一、高分子光物理和光化学基本原理
光量子效率
• 用来描述激发能以荧光过程或者磷光过程耗散时 的光能利用率。
荧光（磷光）效率
荧光（磷光）强度 入射光强度
F
/(q
*
A)
影响因素： 1）分子结构：共轭结构的分子体系量子效率较高 2）取代基：卤素（荧光量子效率 ，磷光量子效率 ）
表达式为：
E h hc
• 用入射光与投射光的比值表示化合物对光的吸收 程度，可以用Beer-Lambert公式表示：
log I 0 cl
I
一、高分子光物理和光化学基本原理
激发能的耗散
• 分子吸收光子后从基态跃迁到激发态，其获得的激发能有三种 可能的转化方式：
– 发生光化学反应 – 以发射光的形式耗散能量 – 通过其他方式转化成热能
增加了级间窜跃
3）化合物浓度：荧光强度随浓度先增加后降低
溶质对产生的荧光有再吸收作用
一、高分子光物理和光化学基本原理
激发态的猝灭 • 能够使激发态分子以非光形式衰减到基态或者低能态
的过程叫激发态的猝灭。（能量转移过程） • 根据猝灭的机理不同，可以分为：
– 动态猝灭:通过猝灭剂和发色团碰撞引起猝灭。 – 静态猝灭:通过发色团与猝灭剂形成不发射荧光的基态复合物
完成猝灭。 • 常见猝灭剂：芳香胺、脂肪胺、（空气中的氧分子）
一、高分子光物理和光化学基本原理
分子间或分子内的能量转移过程 • 两种机理：
– 辐射能量转移机理：远程效应 – 无辐射能量转移机理：近程效应
功能高分子光敏高分子材料
功能高分子光敏高分子材料功能高分子光敏材料是一类具有独特光学性能的高分子材料。
它们能够根据光的激发而表现出特定的物理和化学性质，可应用于激光技术、光电子器件、光学存储器、光纤通信等领域。
下面将介绍几种常见的功能高分子光敏材料及其应用。
第一种是光聚合型高分子光敏材料。
这类材料能够通过紫外线或可见光的照射而发生链式聚合反应，形成高分子聚合物。
它们具有良好的溶解性、可塑性和光学性能，能够在光敏体中形成图案，并通过光聚合反应实现微纳米结构的制备。
这种材料常被应用于微电子器件、微透镜、微流控芯片等领域。
第二种是内照射型高分子光敏材料。
这类材料在紫外光的照射下能够产生具有活性的能量器件，从而引发光致反应。
它们通常用于光纤通信、光学存储器、激光印刷等领域。
内照射型高分子材料具有响应速度快、能耗低、可重复使用等优点，使得其在信息存储与处理、光学传感等领域具有广阔的应用前景。
第三种是光捕捉型高分子光敏材料。
这类材料可以吸收光能并将其转化为化学能或电能。
例如，光电池材料能够通过吸收可见光或太阳光的能量，将其转化为电能。
这种材料在可再生能源和光化学催化等领域有着广泛的应用。
第四种是光控制型高分子光敏材料。
这类材料能够在光的刺激下发生可逆光学响应，实现形状、光学性能以及自组装行为的可逆调控。
它们常被应用于光学器件、光学存储器以及可编程光子学等领域。
这种材料的可调控性和可重复性使其具有广阔的应用前景。
除了以上提到的几种功能高分子光敏材料外，还存在许多其他类型的高分子光敏材料，如光致变色型、光敏粒子型、光敏纳米材料等。
每种材料具有不同的特点和应用领域，但它们共同具有光敏性，能够在光的刺激下发生特定的物理或化学变化。
综上所述，功能高分子光敏材料是一类具有光敏性能，能够在光的照射下产生特定物理或化学变化的高分子材料。
它们在激光技术、光电子器件、光学存储器、光纤通信等领域具有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展，功能高分子光敏材料的研究和应用将会得到更加广泛的关注和应用。
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。
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
大学材料科学与工程经典课件第七章——光敏高分子材料
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。
材料
18
2019/11/7
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。
电材料、光电转换材料、光能储存材料、光记录
材料、光致变色材料和光致抗蚀材料等。
材料
2
2019/11/7
例如：
光交联：光敏涂料、光敏油墨、负性光刻胶 光照下发生结构异构（顺式-反式）：光致变色 材料 ………………
材料
3
2019/11/7
其中开发比较成熟并有实用价值的感光性高分 子材料主要有光致抗蚀材料和光致诱蚀材料，产 品包括光刻胶、光固化粘合剂、感光油墨、感光涂 料等。
材料
11
2019/11/7
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
能 量
S0
材料
S1
S2
S3
T1
电子跃迁示意图
24
反 键 轨 道
成 键 轨 道
T2
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材料
18
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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。
电材料、光电转换材料、光能储存材料、光记录
材料、光致变色材料和光致抗蚀材料等。
材料
2
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例如：
光交联：光敏涂料、光敏油墨、负性光刻胶 光照下发生结构异构（顺式-反式）：光致变色 材料 ………………
材料
3
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其中开发比较成熟并有实用价值的感光性高分 子材料主要有光致抗蚀材料和光致诱蚀材料，产 品包括光刻胶、光固化粘合剂、感光油墨、感光涂 料等。
材料
11
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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
能 量
S0
材料
S1
S2
S3
T1
电子跃迁示意图
24
反 键 轨 道
成 键 轨 道
T2
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功能高分子材料课件第七章光敏高分子材料
600
201
X射线
10-1
106
500
239
γ射线
10-3
108
2020/3/26
材料
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
键能 /(kJ/mol)
328.4 347.7 351.5 390.8
2020/3/26
材料
27
8 电子跃迁的类型 电子跃迁除了发生从成键轨道向反键轨道的跃
迁外，还有从非键轨道（孤电子）向反键轨道的跃 迁。电子跃迁可归纳并表示为如下四种：
(a) σ →σ*跃迁(从σ轨道向σ*轨道跃迁)； (b) π →π*跃迁； (c) n →σ*跃迁； (d) n →π*跃迁。
2020/3/26
本章中主要介绍 光致抗蚀材料、光致诱蚀材料 光敏涂料
2020/3/26
材料
4
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。
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。
大学材料科学与工程经典课件第七章——光敏高分子材料
移动 宽
＞10-6s（长） 10-3s（短）
π →π* 180nm（短）
＞1000 给电子基团使吸收波长向红移
动 窄 10-7～10-9s（短） 10-1~10s（长）
2019/8/31
材料
31
根据这些性质上的差别，可帮助我们推测化学 反应的机理。例如，甲醛分子的模式结构图为：
分子中有2个π电子和2个n电子（还有一对孤 电子处于能级较低的氧原子SP轨道上，故不包括n 电子中)。这些电子所在各轨道的能级和电子跃迁 如下图所示。一般地讲，π轨道的能级比n轨道 的低，所以π →π*跃迁比n →π*跃迁需要较高的 能量（较短的波陡）的光。
本章中主要介绍 光致抗蚀材料、光致诱蚀材料 光敏涂料
材料
4
2019/8/31
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。
SP*
E
Px
C
σ* π*
n
n
Px Py Pz
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
2019/8/31
材料
21
6 三线态和单线态 根据鲍里（Pauli）不相容原理，成键轨道上的
＞10-6s（长） 10-3s（短）
π →π* 180nm（短）
＞1000 给电子基团使吸收波长向红移
动 窄 10-7～10-9s（短） 10-1~10s（长）
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材料
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根据这些性质上的差别，可帮助我们推测化学 反应的机理。例如，甲醛分子的模式结构图为：
分子中有2个π电子和2个n电子（还有一对孤 电子处于能级较低的氧原子SP轨道上，故不包括n 电子中)。这些电子所在各轨道的能级和电子跃迁 如下图所示。一般地讲，π轨道的能级比n轨道 的低，所以π →π*跃迁比n →π*跃迁需要较高的 能量（较短的波陡）的光。
本章中主要介绍 光致抗蚀材料、光致诱蚀材料 光敏涂料
材料
4
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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。
SP*
E
Px
C
σ* π*
n
n
Px Py Pz
O
π
π
σ σ
cH H H
OC H
H OC
H
H OC
H
H OC
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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
大学材料科学与工程经典课件第七章——光敏高分子材料
第七章 光敏高分子材料
1
7.1 概述
光敏性高分子（photosensitive polymer,
light-sensitive polymer）又称感光性高分子，
是指在吸收了光能后，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。而且这
种变化发生后，材料将输出其特有的功能。从广
义上讲，按其输出功能，感光性高分子包括光导
E h h c
(7-1)
其中，h为普朗克常数（6.62×10-34 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）。
材料
10
2019/10/23
化学键 C－H H－H O－H C=C
键能 /(kJ/mol)
413.4 436.0 462.8 607
材料
13
2019/10/23
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：
材料
19
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能 量
材料
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）
轨道能量和形状示意图
20
( *)
2
1
7.1 概述
光敏性高分子（photosensitive polymer,
light-sensitive polymer）又称感光性高分子，
是指在吸收了光能后，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。而且这
种变化发生后，材料将输出其特有的功能。从广
义上讲，按其输出功能，感光性高分子包括光导
E h h c
(7-1)
其中，h为普朗克常数（6.62×10-34 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）。
材料
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化学键 C－H H－H O－H C=C
键能 /(kJ/mol)
413.4 436.0 462.8 607
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：
材料
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能 量
材料
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）
轨道能量和形状示意图
20
( *)
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大学材料科学与工程经典课件第七章——光敏高分子材料
本章中主要介绍 光致抗蚀材料、光致诱蚀材料 光敏涂料
材料
4
2019/11/1
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。
Ehhc (7-1)
其中，h为普朗克常数（6.62×10-34 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）。
材料
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1 Ein N st h e N iv/n h c
材料
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2019/11/1
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）
材料
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2019/11/1
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。
材料
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2019/11/1
7 电子激发态的行为 一个激发到较高能态的分子是不稳定的，除了
发生化学反应外，它还将竭力尽快采取不同的方式 自动地放出能量，回到基态。
材料
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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。
Ehhc (7-1)
其中，h为普朗克常数（6.62×10-34 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）。
材料
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1 Ein N st h e N iv/n h c
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）
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。
材料
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7 电子激发态的行为 一个激发到较高能态的分子是不稳定的，除了
发生化学反应外，它还将竭力尽快采取不同的方式 自动地放出能量，回到基态。
大学材料科学与工程经典课件第七章——光敏高分子材料
lg Tlg IIolc (7-4)
材料
14
2019/9/22
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
材料
15
2019/9/22
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。
材料
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2019/9/22
能
σ*
量
π*
π
π π*
n σ*
n π* n
σ
电子跃迁相对能量
材料
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2019/9/22
表7-3 n →π*和π →π*跃迁性质比较
性质 最大吸收波长
消光系数
取代基效应
吸收光谱图形 单线态寿命 三线态寿命
n →π* 270～350nm（长）
＜100 给电子基团使吸收波长向紫
材料
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8 电子跃迁的类型 电子跃迁除了发生从成键轨道向反键轨道的跃
迁外，还有从非键轨道（孤电子）向反键轨道的跃 迁。电子跃迁可归纳并表示为如下四种：
(a) σ →σ*跃迁(从σ轨道向σ*轨道跃迁)； (b) π →π*跃迁； (c) n →σ*跃迁； (d) n →π*跃迁。
材料
移动 宽
＞10-6s（长） 10-3s（短）
π →π* 180nm（短）
＞1000 给电子基团使吸收波长向红移
动 窄 10-7～10-9s（短） 10-1~10s（长）
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材料
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根据这些性质上的差别，可帮助我们推测化学 反应的机理。例如，甲醛分子的模式结构图为：
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功能高分子——光敏高分子 材料
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取我继 续拼搏 。
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取我继 续拼搏 。
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。