功能性高分子材料科学-感光性高分子材料和聚合方法
功能性高分子材料的合成与应用
功能性高分子材料的合成与应用在当今科技飞速发展的时代，材料科学领域的创新不断推动着各个行业的进步。
其中，功能性高分子材料以其独特的性能和广泛的应用，成为了研究的热门领域之一。
功能性高分子材料是指具有特定功能，如电学、光学、磁学、生物相容性等的高分子化合物。
它们不仅在传统工业中发挥着重要作用，还在高新技术领域展现出巨大的潜力。
功能性高分子材料的合成方法多种多样，每种方法都有其特点和适用范围。
聚合反应是最常见的合成方法之一，包括加成聚合和缩合聚合。
加成聚合如自由基聚合、离子聚合等，可以制备出结构较为规整的高分子材料。
缩合聚合则通过官能团之间的反应，形成高分子链。
此外，还有接枝共聚、嵌段共聚等方法，可以在已有高分子链上引入特定的功能基团或链段，从而赋予材料新的性能。
以导电高分子材料为例，聚苯胺就是通过化学氧化聚合的方法合成的。
在合成过程中，苯胺单体在氧化剂的作用下发生聚合反应，形成具有导电性的聚苯胺。
这种材料在电子器件、传感器等领域有着广泛的应用。
另一个重要的合成方法是高分子的改性。
通过物理或化学方法对现有的高分子材料进行改性，可以改善其性能或赋予其新的功能。
比如，对聚乙烯进行氯化改性，可以提高其耐腐蚀性和阻燃性能；对聚酯纤维进行表面等离子处理，可以增强其染色性能和吸湿性能。
在功能性高分子材料的应用方面，可谓是琳琅满目。
在生物医药领域，生物可降解高分子材料如聚乳酸、聚乙醇酸等，被广泛应用于药物控释、组织工程等方面。
药物可以被包裹在高分子载体中，实现缓慢释放，提高药物的疗效并减少副作用。
组织工程中，高分子支架为细胞的生长和分化提供了适宜的环境，有助于受损组织的修复和再生。
在电子信息领域，高分子半导体材料如聚噻吩、聚苯撑乙烯等，在有机发光二极管（OLED）、有机场效应晶体管（OFET）等器件中发挥着重要作用。
OLED 具有轻薄、柔性、可大面积制备等优点，在显示技术领域具有广阔的发展前景。
OFET 则可用于制备柔性电子电路，为可穿戴设备的发展提供了支持。
感光性高分子
R
CHO
CH2
CH
要加以区别。
20
例如下面是一种已实用的芳香族重氮化合物： 双重氮盐 十 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，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，形成在溶 剂中不溶的交联结构。 该光固化过程中，实际上常伴随有热反应。
21
R ClN2
26
N3
CH SO3Na
CH SO3Na
N3
NaO3S
N3
4, 4'-二叠氮芪 -2, 2'- 二磺酸钠
N3
SO3Na
1, 5-二叠氮萘 -3, 7-二磺酸钠
它们可与水溶性高分子或亲水性高分子配合组 成感光高分子。常用的高分子有聚乙烯醇、聚乙烯 吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、甲基纤维素、乙烯醇—马 来酸酐共聚物、乙烯醇—丙烯酰胺共聚物、聚乙烯 醇缩丁醛、聚醋酸乙烯酯等。
光 聚 合 性 单 体 + 高 分 子 化 合 物
单 独 光 聚 合 物
其 他 带 感 光 基 的 高 分 子
光 降 解 性 高 分 子
带 重 氮 基 和 叠 氮 基 的 高 分 子
聚 乙 烯 醇 肉 桂 酸 酯 及 类 似 聚 合 物
其 他 的 感 光 性 化 合 物 + 高 分 子
重 氮 和 叠 氮 基 化 合 物 + 高 分 子
O CH CH N CH
CH2
CH2
29
具有感光基团的高分子 从严格意义上讲，上一节介绍的感光材料并不 是真正的感光性高分子。因为在这些材料中，高分 子本身不具备光学活性，而是由小分子的感光化合 物在光照下形成活性种，引起高分子化合物的交 联。在本节中将介绍真正意义上的感光高分子，在 这类高分子中，感光基团直接连接在高分于主链 上，在光作用下激发成活性基团，从而进一步形成 交联结构的聚合物。
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。
功能性高分子材料的制备与应用研究
功能性高分子材料的制备与应用研究功能性高分子材料是一种具有特殊功能和性能的材料，广泛应用于汽车、电子、医疗等行业。
本文将介绍功能性高分子材料的制备与应用研究。
一、概述功能性高分子材料是由高分子基础材料与各种功能性物质组成的复合材料。
这些功能性物质可以是导电材料、耐高温材料、抗紫外线材料、抗菌材料等。
功能性高分子材料的制备与应用研究逐渐成为材料科学研究的重要分支。
二、制备方法常见的制备方法包括原位聚合法、溶液共混法、界面反应法、高分子表面修饰法等。
具体方法的选择取决于材料的性质和使用需求。
原位聚合法是将各种单体加入到高分子基础材料中进行聚合反应，制备具有功能性的高分子材料。
这种方法可以获得高纯度、高质量的功能性高分子材料，但需要精确控制反应条件。
溶液共混法是将高分子基础材料和功能性材料混合溶解，制备复合材料。
这种制备方法简单易行，但由于材料间的相容性问题，制备出的材料性能不稳定。
界面反应法是将高分子基础材料和功能性物质分别制备成两层薄膜，通过反应将两层薄膜粘合在一起，制备出功能性高分子材料。
这种方法制备的材料具有较好的机械性能和抗水解性能，但制备过程较为复杂。
高分子表面修饰法是将功能性材料化学键修饰到高分子表面上，制备具有特殊功能的高分子材料。
这种方法可以修改材料表面的化学性质、电学性质等，使其具有更好的性能。
三、应用研究功能性高分子材料的应用领域广泛，下面介绍几个典型应用场景。
（一）汽车制造功能性高分子材料在汽车制造中的应用越来越广泛。
例如，使用具有良好耐高温性能的聚酰亚胺材料制造高温部件，可以提高汽车的耐用性和长期性能。
同时，使用抗紫外线材料可以对汽车表面进行保护，延长其使用寿命。
（二）电子产品制造电子产品对高分子材料的性能要求越来越高，例如具有导电性能、阻抗匹配性能、耐高温性能等。
使用具有这些性能的功能性高分子材料可以制造更加先进的电子产品，例如手机、电脑等。
（三）医疗领域功能性高分子材料在医疗领域中的应用也越来越重要，例如使用抗菌材料制造医疗器具可以防止交叉感染。
感光高分子材料的合成及应用
感光高分子材料的合成及应用
感光高分子材料是一种应用广泛的化工材料，它可以在光的作用下发生化学反应，具有很好的光学和化学性质。
本文将介绍感光高分子材料的合成及应用。
一、感光高分子材料的合成
感光高分子材料的合成方法有多种，主要包括自由基聚合法、离子聚合法、环氧化学反应法和层状材料插层反应法等。
自由基聚合法是最常用的一种合成方法，它可以合成出具有一定分子量和分布的高分子材料。
该方法的原理是利用自由基引发剂引发单体聚合形成高分子链。
离子聚合法则是利用等离子体或化学反应中的离子引发单体聚合，主要用于制备高分子电解质和高温聚合物。
环氧化学反应法采用环氧基团和胺或酸催化剂反应来生成高分子材料，可以制备出各种不同性质的材料。
层状材料插层反应法则是将有机分子插入到层状材料中形成复合材料，可以增强感光材料的性能。
二、感光高分子材料的应用
感光高分子材料在颜料、油墨、橡胶、塑料、荧光材料、光学传感器等领域有着广泛的应用。
在颜料和油墨制造领域，感光高分子材料可以用于制备高色泽和高鲜艳度的颜料和油墨，以及高透明度的UV屏蔽和防伪油墨。
在橡胶和塑料领域，感光高分子材料可以用于制备材料成型模具、光电刻蚀板和其他材料表面处理。
在荧光材料领域，感光高分子材料可以用于制备荧光探针、荧光显微镜以及用于生物诊断和治疗的光学材料。
在光学传感器领域，感光高分子材料可以用于制备各种传感器，如气体和化学传感器、生物传感器和环境传感器等。
总之，感光高分子材料是一种十分重要的化学材料，在众多领域都有着广泛应用。
随着科技和工业的不断发展，其应用范围也将越来越广泛。
功能高分子材料-4(感光)
N + N2
18
19
（a）水溶性芳香族双叠氮类感光高分子
N3
CH CH
N3
SO3Na
SO3Na
4, 4'-二叠氮芪 -2, 2'- 二磺酸钠
N3 NaO3S
N3
SO3Na
1, 5-二叠氮萘 -3, 7-二磺酸钠
它们可与水溶性高分子或亲水性高分子配合组 成感光高分子。常用的高分子有聚乙烯醇、聚乙烯 吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、甲基纤维素、乙烯醇—马 来酸酐共聚物、乙烯醇—丙烯酰胺共聚物、聚乙烯 醇缩丁醛、聚醋酸乙烯酯等。
是真正的感光性高分子。因为在这些材料中，高分 子本身不具备光学活性，而是由小分子的感光化合 物在光照下形成活性种，引起高分子化合物的交 联。在本节中将介绍真正意义上的感光高分子，在 这类高分子中，感光基团直接连接在高分于主链 上，在光作用下激发成活性基团，从而进一步形成 交联结构的聚合物。
23
（1）感光基团的种类
O CH CH C
O
或
C CH CH
+N
CH CH
CO C N
CO CH
N3 ,
SO3N3
N2+
300~400
250~400
视R而定 200～400 260～470 300～400
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（2）具有感光基团的高分子的合成方法 通过高分子反应在聚合物主链上接上感光基团 通过带有感光基团的单体进行聚合反应而成
2
所谓光致抗蚀，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。
感光性高分子-2009
（3）芳香族叠氮化合物 十 高分子 ） 在有机化合物中， 在有机化合物中，叠氮基是极具光学活 性的。 性的。芳香族叠氮化合物中的芳香环和叠 氮基在能量上是连续的。因此， 氮基在能量上是连续的。因此，在用于感 光高分子时，都采用芳香族叠氮化合物。 光高分子时，都采用芳香族叠氮化合物。 芳香族叠氮化合物品种繁多， 芳香族叠氮化合物品种繁多，通过与各 种高分子组合， 种高分子组合，已经研制出一大批芳香族 叠氮类感光高分子。按其使用形式来看， 叠氮类感光高分子。按其使用形式来看， 可分成两大类。 可分成两大类。
N
CH
CH
视R而定 而定 200～400 ～
SO3N3
CO N CO
N3 ,
C CH
260～470 ～ 300～400 ～
N2+
（2）具有感光基团的高分子的合成方法 ） 这类本身带有感光基团的感光性高分 子有两种合成方法。 子有两种合成方法。一种是通过高分子反 应在聚合物主链上接上感光基团， 应在聚合物主链上接上感光基团，另一种 是通过带有感光基团的单体进行聚合反应 而成。 而成。用这两种方法制备感光性高分子各 有其优缺点。 有其优缺点。
（2）芳香族重氮化合物 ＋ 高分子 ） 芳香族重氮化合物是有机化学中用来合 成偶氮类染料的重要中间体， 成偶氮类染料的重要中间体，它们对于光 有敏感性这一特性早已为人们所注意， 有敏感性这一特性早已为人们所注意，并 且有不少应用成果， 且有不少应用成果，如用作复印感光材料 等。芳香族重氮化合物与高分子配合组成 的感光高分子， 的感光高分子，已在电子工业和印刷工业 中广泛使用。 中广泛使用。
CH 2 CH + N3 CH CH 2 CH CH N3 + CH CH 2 O CH CH 2 hv -2N 2
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。
功能高分子相关材料课件第七章光敏高分子相关材料
材料
8
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
9
在光化学反应中，光是以光量子为单位被吸收 的。一个光量子的能量由下式表示：
(2) 能形成电荷转移络合物。
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材料
35
分子间的电子跃迁有三种情况。 第一种是某一激发态分子 D* 把激发态能量转 移给另一基态分子A，形成激发态 A*，而 D*本身 则回到基态，变回 D。A* 进一步发生反应生成新 的化合物。
D hv D* A D + A*
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材料
第七章 光敏高分子材料
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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
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材料
11
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
感光性高分子材料
感光性高分子材料感光性高分子材料是一种能够对光线产生响应的材料，它在光的照射下可以发生一系列的光化学反应和物理变化。
这种材料在光电子、光化学、光子学等领域有着广泛的应用，并且随着科技发展的进一步推动，其应用前景更加广阔。
感光性高分子材料的基本结构通常包含有各种光敏单体、光致引发剂、稳定剂等组分。
其中，光敏单体是最基本的组分之一，它具有发生光化学反应的活性基团，包括各种不同结构的酮、醛、烯、炔等。
这些活性基团的结构和性质决定了感光性高分子材料的感光特性和应用领域。
感光性高分子材料在光电子领域的应用主要有光刻、光阻、激光打印等。
光刻是一种通过在光敏性高分子材料上进行曝光和显影来制备微细结构的技术，广泛应用于集成电路制造、微纳加工等领域。
光阻则是一种在光敏性高分子材料上形成的光学图形，在制备光电子元器件时用于光刻、腐蚀等工艺步骤。
激光打印技术则是利用光敏性高分子材料的高过电子离域性质，在光敏层上形成图案，实现高清晰度的打印效果。
另外，在光化学领域，感光性高分子材料也有广泛的应用。
例如，在光聚合反应中，光敏性高分子材料可以作为光引发剂，通过紫外光或可见光的照射来引发单体的聚合反应，从而得到聚合物材料。
这种技术在3D打印、光固化胶水等领域有着重要的应用。
此外，在光敏性高分子材料中加入特定的染料或荧光物质，还可以实现光学储存、光刻记录和数据存储等功能。
光子学是另一个感光性高分子材料的重要应用领域。
感光性高分子材料可以用于制备光波导、光栅、非线性光学器件等。
光波导是一种通过光的全反射在材料中传播的光学元件，在光通信领域有着重要的应用。
光栅和非线性光学器件则可以通过光的干涉和光学非线性效应来实现各种功能，如频谱分析、光学滤波、频率转换等，有着广泛的应用前景。
尽管感光性高分子材料在上述领域中已经发挥出了重要作用，但是与其他光电子材料相比，感光性高分子材料在灵敏度、稳定性和制备工艺上还存在一些局限性。
因此，未来的研究重点应该放在提高感光性高分子材料的灵敏度和稳定性，以及探索新的制备工艺和应用领域上。
功能性高分子材料的合成与应用
功能性高分子材料的合成与应用近年来，功能性高分子材料在各个领域都得到了广泛的应用。
它们具有诸多优异的性能，如高强度、耐热性、导电性等，使其在能源、医疗、电子等行业发挥着重要的作用。
本文将介绍功能性高分子材料的合成方法以及其在不同领域的应用。
一、功能性高分子材料的合成方法1. 自由基聚合法自由基聚合法是功能性高分子材料合成中常用的一种方法。
它通过自由基引发剂引发单体的自由基聚合反应，从而合成出具有特定功能的高分子材料。
例如，通过在聚合反应中引入含有活性基团的单体，可以合成出具有特殊功能的高分子材料，如具有生物活性的聚合物。
2. 阳离子聚合法阳离子聚合法是另一种常用的功能性高分子材料合成方法。
它利用阳离子引发剂引发单体的阳离子聚合反应，从而合成出具有特定性能的高分子材料。
这种方法可用于制备具有高度透明性、耐热性以及生物相容性的高分子材料，常用于光学器件和生物医学领域。
3. 交联反应法交联反应法是一种常用的功能性高分子材料合成方法。
通过引入交联剂，使聚合物分子间发生交联反应，从而形成具有特殊性能的高分子材料。
这种方法常用于制备具有高强度、耐磨性以及耐化学腐蚀性的高分子材料，广泛应用于汽车、航空航天等领域。
二、功能性高分子材料在能源领域的应用1. 锂离子电池功能性高分子材料在锂离子电池中得到了广泛的应用。
通过合成具有高离子导电性和稳定性的高分子材料，可以提高锂离子电池的能量密度和循环寿命。
此外，高分子材料还可以用于锂离子电池的隔膜材料，提高电池的安全性能。
2. 太阳能电池太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置，功能性高分子材料在太阳能电池中具有重要的应用价值。
通过合成具有高光吸收性和电子传输性能的高分子材料，可以提高太阳能电池的转换效率。
此外，高分子材料还可以用于太阳能电池的封装材料，提高电池的稳定性和耐候性。
三、功能性高分子材料在医疗领域的应用1. 生物医学材料功能性高分子材料在生物医学领域具有广泛的应用。
感光性高分子材料
感光性高分子材料感光性高分子材料简史当今世界上几乎所有的高分子化合物, 不管是天然的还是人工合成的, 都能在强烈的光线辐射下,缓慢地或快速地发生化学变化。
“感光性高分子”是专指那些在一定能量的光线照射下, 很快地发生变化的高分子材料。
“光反应性高聚物”（photoreactive highpolymer）和“感光性树脂”(photosensitive resin)以及“感光性高分子”是同义词, 中国更习惯称谓“感光性高分子”。
其研究对象主要包括那些能够产生光聚合、光交联、光分解、光改性作用的高分子脂和光反应预聚体, 以及受光照射后能够产生引发作用的光引发剂和增加感光性高分子感度的增感剂。
尽管在1823年己经发现了用天然沥青涂料制作的照相布景在强光的长期照射下, 产生了交联现象,但首次应用光固化原理, 将不饱和酸类和不饱和酮类涂料制成图像来刻蚀标牌的工作始于1930年。
从1940年开始, 用感光性高分子制成的光刻胶已大量应用于印刷电路工业。
1947年以后, 光交联型感光性高分子己广泛应用在印刷工业的胶印技术上, 能印刷出非常逼真的艺术图片。
本世纪60年代中期, 随着半导体技术的发展, 对集成电路的精细加工提出了越来越高的要求,相继研究和开发了各种类型的感光性高分子。
目前己经能用感光性高分子加工分辨力为0.1μm精度,并能够经受各种化学腐蚀的光刻胶。
感光性高分子的发展历史虽然不长, 但近年发展却非常迅速。
目前, 不仅有光聚合型、光交联型, 还有光分解型其受光照的范围也由仅对紫外光感光, 发展到能感受能量较高的光—远紫外光、射线、电子束、激光等。
另外, 感光性高分子的敏感度也大大提高,近年来己涌现出在可见光区域内感光的感光性高分子, 以及激光直接扫描的高速感光性高分子同时,感光性高分子的聚合反应也从单一的光引发产生自由基聚合, 发展到由光引发产生阳离子聚合此外还出现了许多种“化学增幅”型感光性高分子。
功能性高分子材料的合成和应用研究
功能性高分子材料的合成和应用研究功能性高分子材料是一类具有特殊性能和功能的材料，广泛应用于各个领域。
在过去的几十年里，人们对功能性高分子材料的合成和应用进行了广泛的研究，取得了许多重要的成果。
一、合成方法功能性高分子材料的合成方法多种多样，其中最常见的是聚合反应。
聚合反应是通过将单体分子进行化学反应，使其逐渐连结成长链分子的过程。
聚合反应的方法有自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合等。
其中，自由基聚合是最常用的方法之一，它可以通过引发剂的作用，使单体分子中的双键发生开裂，形成自由基，然后自由基与其他单体分子进行反应，逐渐形成长链分子。
除了聚合反应，功能性高分子材料的合成还可以采用其他方法，如原位合成、交联反应等。
原位合成是指在高分子材料中加入适当的反应物，在特定条件下进行反应，形成功能性基团或功能性结构。
交联反应是指通过引入交联剂，使高分子材料中的分子间发生交联反应，从而提高材料的机械强度和热稳定性。
二、应用领域功能性高分子材料的应用领域非常广泛，涵盖了许多行业。
其中，医疗领域是功能性高分子材料的重要应用领域之一。
功能性高分子材料可以用于制备医用敷料、人工器官、药物控释系统等，具有良好的生物相容性和生物降解性。
例如，聚乳酸是一种常用的生物降解高分子材料，可以用于制备可吸收的缝合线和骨钉，减少二次手术的需要。
另外，功能性高分子材料在能源领域也有重要应用。
例如，聚合物电解质膜是燃料电池中的重要组成部分，可以用于将氢气和氧气催化反应生成电能。
此外，功能性高分子材料还可以用于太阳能电池、锂离子电池等能源存储和转换设备中。
此外，功能性高分子材料还广泛应用于光电子、光学、传感器、涂料等领域。
例如，聚合物发光二极管是一种新型的光电子器件，可以用于制备柔性显示屏幕和照明设备。
功能性高分子材料还可以用于制备光学透镜、光纤、光纳米材料等，具有重要的光学性能。
三、研究进展近年来，功能性高分子材料的研究进展迅速。
研究者们不断开发新的合成方法和应用领域，推动了功能性高分子材料的发展。
感光性高分子材料
• (4)过渡金属羰基化合物 • 过渡羰基化合物和多卤化合物有效结合， 既可作光聚合引发剂又可作热聚合引发剂。
• • • • • • • •
光引发剂的选用原则 ①可用性。是否商品化?尽可选用商品化产品。 ②成本。从作用和用量综合考虑。 ③毒性。毒性和劳动保护，食品包装印刷用选算 上更为慎重。 ④速度。表干和全固化速度及涂层厚度的关系。 ⑤颜色。足否有颜色，UV光下是否泛黄。 ⑥稳定性。配制成感光材料后的贮存稳定期。 ⑦气味。和毒性一样，在劳动保护、包装材料上 使用是十分敏感的问题，尤其是用于食品、化妆 品的包装。
• 环氧化合物及预聚物 • (1)脂环族环氧化物 • 它们是一种环氧基直接连在脂环上的化合 物，通常以过氧化有机酸(例如过氧化醋酸)氧 化相应的不饱和脂环化合物而制得的。 • 典型的结构如下；
• (2)聚烯经环氧化树脂——环氧化聚丁二烯 • 代表性结构式：
• (3)端基为环氧基的聚硅氧烷 • 代表性结构式：
光与光化学反应基础理论
• 1、紫外线辐射 • 从波长400nm到40nm的光波区域是紫外 线辐射．它与红外线不同，几乎不含有热 辐射；而是一种高效的化学辐射；它的英 文为ultra violet，因此常简称为UV辐射。 • 近紫外：300—400nm， • 远紫外：200—300nm • 极端紫外：40—200nm
• 阳离子聚合光引发剂(光敏剂) • 促使阳离子光聚合发展的原因很多．主要 原因是： • ①游离基型光聚合过程中往往有氧的阻聚 作用； • ②乙烯基醚不能进行游离基聚合而容易被 阳离子引发聚合，环氧基型化合物也是如 此。
阳离子聚合光敏剂激活方式
增感剂和感光度
• 有些感光性树脂不能直接吸收适当波长的 光．进行化学反应。但是一旦添加了适当 的助剂，当它吸收这样的辐射以后，能够 把能量转移给感光性树脂的分子，使它激 发到激发状态。因此．光化学反应能够顺 利地进行。这样的助剂被称作增感剂。
精品课程《功能材料》第九讲 感光及导电高分子
9.1.1 光致抗蚀材料和光致诱蚀材料
所谓光致抗蚀材料，是指高分子材料经光照 辐射后，分子结构从线型可溶性的转变为网状不 可溶的，从而产生了对溶剂的抗蚀能力。而光致 诱蚀材料正相反，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。
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★ 如目前广泛使用的预涂感光版，简称PS版 (Presensitised Plate），就是将感光材料树脂预先 涂敷在亲水性的基材(如阳极氧化铝板)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，感光部分的树脂留了下来。这种属版 称为负片型。而晒印时若发生光分解反应，则溶剂将 曝光分解部分的树脂溶解而称为正片型。
材料（ρ ＜ 1 07 Ω · cm）、高导电材料（ρ≈1 0-3
Ω · cm）等，根据导电填料的不同，可划分为碳系
（炭黑石墨等）、金属系（各种金属粉、纤维、片
等）等。
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* 应用
近年来复合型导电高分子材料的增长速度很快， 可广泛用作防静电材料、导电涂料、制作电路板、 压敏元件、感温元件、电磁被屏蔽材料、半导体薄 膜等。
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开发和应用。
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(1) 聚乙烯酵肉桂酸酯 聚乙烯醇肉桂酸酯是典型的交联型感光树脂，因为
肉桂酰基在紫外光作用下发生二聚反应，生成不溶性 的产物：
这种感光性高分子己广泛用作光致抗蚀剂(光刻版)， 目前最好的光刻胶之一KPR、TPR均属此类，已大量 应用于半导体集成电路的研制。
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★ 除上述电解质外，聚环氧乙烷（PEO）与某些碱 金属盐如CsS、NaI等形成的络合物也具有离子导电 性，且电导率比一般的高分子电解质要高(σ＝10-2 ~10-3 S／m)。这类络合物常被称为快离子导体，可 作为固体电池的电解质隔膜，可反复充电。
感光高分子材料
博士研究生课程： 博士研究生课程：高分子材料科学
感光高分子材料
XXX 教授 XXXX材料科学与工程学院 材料科学与工程学院
1 概述
感光性高分子是指在吸收了光能后， 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。 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， 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电材料、光电转换材料、光 出功能，感光性高分子包括光导电材料、光电转换材料、 能储存材料、光记录材料、光致变色材料和光致抗蚀材料等。 能储存材料、光记录材料、光致变色材料和光致抗蚀材料等。 其中开发比较成熟并有实用价值的感光性高分子材料主 要是指光致抗蚀材料和光致诱蚀材料，产品包括光刻胶、光 要是指光致抗蚀材料和光致诱蚀材料，产品包括光刻胶、 固化粘合剂、感光油墨、感光涂料等。 固化粘合剂、感光油墨、感光涂料等。 本章中主要光致抗蚀材料和光致诱蚀材料。 本章中主要光致抗蚀材料和光致诱蚀材料。感电子束和 射线高分子在本质上与感光高分子相似， 感X射线高分子在本质上与感光高分子相似，故略作介绍。 射线高分子在本质上与感光高分子相似 故略作介绍。 光导电材料和光电转换材料归属于导电高分子一类， 光导电材料和光电转换材料归属于导电高分子一类，本章不 作介绍。 作介绍。
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O－O N－N C－S C－N
138.9 160.7 259.4 291.6
C－Cl C－C C－O N－H
328.4 347.7 351.5 390.8
C－H H－H O－H C=C
413.4 436.0 462.8 607
比较可见，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。
3 感光性高分子材料
当pH＞8时，HCrO4－不存在，则体系不会发生光化学 反应。利用这一特性，在配制感光液时，加入氨水使之 成碱性，可长期保存，不会反应。成膜时，氨挥发而使 体系变为酸性，光化学反应能正常进行。重铬酸铵（见 下表）是最理想的增感剂，也是因为上述原因。
铬系感光剂的相对感度
感光剂
蛋白朊 阿拉伯树胶
2 光化学反应的基础知识
2.1 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。
2 光化学反应的基础知识
现代光学理论认为，光具有波粒二相性。光的 微粒性是指光有量子化的能量，这种能量是不连续 的。光的最小能量微粒称为光量子，或称光子。光 的波动性是指光线有干涉、绕射、衍射和偏振等现 象，具有波长和频率。光的波长λ和频率ν之间有 如下的关系：
功能高分子材料
高科技隐身材料
感光性高分子
photosensitive polymers
1 概述
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 高分子包括光致抗蚀材料、光致诱蚀材料、光致变色材料、光能 储存材料、光记录材料、光导电材料、光电转换材料等。
光致变色高分子的特征：
在光照射时呈现颜色，停止光照后又能 回复原来的颜色。
（1）含甲亚胺结构
（2）含硫卡巴腙结构（如：红色--紫色）
（3）含偶氮苯结构
（4）聚联吡啶型（无色--绿色）
（5）含茚二酮结构
（6）含螺结构型
光致变色高分子的应用 窗玻璃、窗帘：调节室内光线； 护目镜：防止阳光、激光、电焊闪光伤害 军事上：伪装隐蔽、密写信息等。
CH CH2 OH
hv + Cr [VI]
C CH2 O
+ C［r Ⅲ］+ H2
3 感光性高分子材料
然后，三价铬与具有酮结构的PVA配位形成交 联固化结构，完成第二阶段反应。
C CH2 O
+ Cr[III]
C CH2 C
O
O
Cr[III]
CH2
O
O
C CH2 C
CH2
3 感光性高分子材料
在重铬酸盐水溶液中，Cr[VI]能以重铬酸离子 (Cr2O2＝)、酸性铬酸离子 (HCrO4－)以及铬酸离子 (CrO4＝)等形式存在。其中只有 HCrO4－是光致活 化的。它吸收250nm，350nm和440nm附近的光而 激发。因此，使用的高分子化合物必须是供氢体， 否则不可能形成HCrO4－。
2 光化学反应的基础知识
（2）增感剂三线态必须有足够长的寿命，以 完成能量的传递；
（3）增感剂的量子收率应较大。 （4）增感剂吸收的光谱应与被增感物质的吸收光谱一 致，且范围更宽，即被增感物质吸收的光波长应在增感 剂的吸收光谱范围内。
感光性高分子所涉及的光化学反应绝大多数是通过增 感剂的能量传递而实现的，因此，我们在以后各节中将 具体介绍。
的 子氮 酸
高
基酯
分
的及
子
高类
分似
子聚
合
物
其 重重
他 氮铬
的 和酸
感 叠盐
光
氮
+
性 基高
化 化分
合 合子
物物
+
+
高高
分分
子子
感光性高分子分类
3 感光性高分子材料
3.2 重要的感光性高分子 3.2.1 高分子化合物＋增感剂 高分子化合物 + 增感剂 + 溶剂 + 添加剂（如增塑剂和颜料等
）。 增感剂可分为两大类：
聚型，光分解型等。 （2）根据感光基团的种类分类
重氮型，叠氮型，肉桂酰型，丙烯酸酯型等。 （3）根据物理变化分类
光致不溶型，光致溶化型，光降解型，光导 电型，光致变色型等。
3 感光性高分子材料
（4）根据聚合物骨架分类 PVA （聚乙烯醇）系，聚酯系，尼龙系，丙烯酸酯系，
环氧系，氨基甲酸酯（聚氨酯）系等。 （5）根据聚合物的形态和组成分类
c为光在真空中的传c 播 速度(2.998×108m/s)。
2 光化学反应的基础知识
在光化学反应中，光是以光量子为单位被吸收 的。一个光量子的能量由下式表示：
E h h c
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）。
3 感光性高分子材料
3.1 感光性高分子的分类 感光性高分子材料经过50余年的发展，品种日
益增多，需要有一套科学的分类方法，因此提出了 不少分类的方案。但至今为止，尚无一种公认的分 类方法。下面是一些常用的分类方法。
3 感光性高分子材料
（1）根据光反应的类型分类 光交联型，光聚合型，光氧化还原型，光二
2 光化学反应的基础知识
分子受光照激发后，可能发生如下的反应：
D*
D +hv(或热能）
（未反应，返回基态）
D*
E
D*
D*（或D+，D-）
E
D* + A
D+ A-
E
D* + A
D + A*
A*
H
（直接反应） （间接反应） （间接反应）
（间接反应）
2.4.2 增感剂 在光化学反应中，直接反应的例子并不多见，
2 光化学反应的基础知识
2.3 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。
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。
2 光化学反应的基础知识
2.2 光化学定律 光化学现象是人们很早就观察到了的。例如，
染过色的衣服经光的照射而褪色；卤化银见光后会 变黑；植物受到光照会生长（光合成）等等。
1817年，格鲁塞斯(Grotthus)和德雷珀(Draper) 通过对光化学现象的定量研究，认识到并不是所有 的入射光都会引起化学反应，从而建立了光化学第 一定律，即Gtotthus—Draper定律。这个定律表述 为：只有被吸收的光才能有效地引起化学反应。其 含意十分明显。
较多的和较重要的是分子间能量转移的间接反应。 它是某一激发态分子D*将激发态能量转移给另一 基态分子A，使之成为激发态 A*，而自己则回 到 基态。A*进一步发生反应成为新的化合物。
hv
D
D*
D* + A
D + A*
这时，A被D增感了或光敏了，故D称为增感剂 或光敏剂。而反过来，D*的能量被A所获取，这种 作用称为猝灭，故A称为猝灭剂。二苯酮即为增感剂。
掩模
光刻
1 概述
• 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，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。
• 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。
• 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。
2 光化学反应的基础知识
1908年由斯达克 ( Stark ) 和1912 年由爱因斯坦 ( Einstein ) 对光化学反应作了进一步研究之后，提 出了Stark—Einstein定律，即光化学第二定律。该 定律可表述为：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。光化学第二定律的另 一表达形式为：吸收了一个光量子的能量，只可活 化一个分子，使之成为激发态。
重铬酸铵
100
100
铬酸铵
100
72
重铬酸钾
20
46
铬酸钾
0
0
重铬酸钠
28
100
铬酸钠
0
0
鱼胶
100 100 65 12 100 12
3 感光性高分子材料
（2）芳香族重氮化合物 ＋ 高分子 芳香族重氮化合物是有机化学中用来合成偶氮
类染料的重要中间体，可用作复印感光材料等。芳香族重 氮化合物与高分子配合组成的感光高分子，已在电子工 业和印刷工业中广泛使用。 芳香族重氮化合物在光照作用下发生光分解反应，产物 有自由基和离子两种形式：
• 无机增感剂：重铬酸盐； • 有机增感剂：芳香族重氮化合物，芳香族叠氮化合物，
有机卤化物
3 感光性高分子材料
（1）重铬酸盐 ＋ 亲水性高分子 重铬酸盐导致高分子化合物光固化的反应机理
尚不十分清楚。但一般认为经过两步反应进行。 首先，在供氢体（如聚乙烯醇）的存在下，六
价铬吸收光后还原成三价铬，而供氢体放出氢气生 成酮结构。
2 光化学反应的基础知识
2.4 光化学反应与增感剂 2.4.1 光化学反应
在光化学反应研究的初期，曾认为光化学反应 与波长的依赖性很大。但事实证明，光化学反应几 乎不依赖于波长。因为能发生化学反应的激发态的 数目是很有限的，不管吸收什么样的波长的光，最 后都成为相同的激发态，即S1和T1，而其他多余能 量都通过各种方式释放出来了。