7. 1 高分子光物理及光化学原理
高分子物理课程电子教案
高分子物理课程电子教案第一章：高分子物理概述1.1 教学目标了解高分子的基本概念掌握高分子材料的分类和特点理解高分子物理的研究内容和方法1.2 教学内容高分子的定义和基本概念高分子材料的分类和特点高分子物理的研究内容和方法高分子材料的结构和性质关系1.3 教学方法采用多媒体课件进行讲解结合实例和案例分析高分子材料的分类和特点通过实验演示高分子物理的研究方法和原理1.4 教学评估课堂提问和讨论课后作业和练习题实验报告和分析第二章：高分子链的结构与运动2.1 教学目标了解高分子链的结构特点掌握高分子链的运动方式和动力学行为理解高分子链的构象和统计分布2.2 教学内容高分子链的结构特点和构象高分子链的运动方式和动力学行为高分子链的统计分布和相变现象2.3 教学方法采用多媒体课件进行讲解结合数学模型和物理图像分析高分子链的运动行为通过实验观察高分子链的构象变化和相变现象2.4 教学评估课堂提问和讨论课后作业和练习题实验报告和分析第三章：高分子材料的力学性能3.1 教学目标了解高分子材料的力学性能特点掌握高分子材料的应力-应变关系和断裂行为理解高分子材料的粘弹性行为和疲劳性能3.2 教学内容高分子材料的力学性能特点和测试方法高分子材料的应力-应变关系和断裂行为高分子材料的粘弹性行为和疲劳性能3.3 教学方法采用多媒体课件进行讲解结合实验数据和图像分析高分子材料的力学性能特点通过实验操作和观察理解高分子材料的粘弹性行为和疲劳性能3.4 教学评估课堂提问和讨论课后作业和练习题实验报告和分析第四章：高分子材料的热性能4.1 教学目标了解高分子材料的热性能特点掌握高分子材料的熔融行为和热稳定性理解高分子材料的热膨胀和导热性能4.2 教学内容高分子材料的热性能特点和测试方法高分子材料的熔融行为和热稳定性高分子材料的热膨胀和导热性能4.3 教学方法采用多媒体课件进行讲解结合实验数据和图像分析高分子材料的热性能特点通过实验操作和观察理解高分子材料的热膨胀和导热性能课堂提问和讨论课后作业和练习题实验报告和分析第五章：高分子材料的电性能5.1 教学目标了解高分子材料的电性能特点掌握高分子材料的导电性和绝缘性理解高分子材料的电荷注入和电荷传输5.2 教学内容高分子材料的电性能特点和测试方法高分子材料的导电性和绝缘性高分子材料的电荷注入和电荷传输5.3 教学方法采用多媒体课件进行讲解结合实验数据和图像分析高分子材料的电性能特点通过实验操作和观察理解高分子材料的电荷注入和电荷传输5.4 教学评估课堂提问和讨论课后作业和练习题实验报告和分析第六章：高分子材料的溶液性质了解高分子材料在溶液中的溶解行为掌握高分子材料的溶液性质和溶液模型理解高分子材料溶液的相行为和溶液理论6.2 教学内容高分子材料在溶液中的溶解行为和相行为高分子材料的溶液性质和溶液模型高分子材料溶液的粘度和流变性质6.3 教学方法采用多媒体课件进行讲解结合实验数据和图像分析高分子材料的溶液性质通过实验操作和观察理解高分子材料溶液的粘度和流变性质6.4 教学评估课堂提问和讨论课后作业和练习题实验报告和分析第七章：高分子材料的界面性质7.1 教学目标了解高分子材料在不同界面上的行为掌握高分子材料界面性质的表征方法理解高分子材料在界面上的相互作用和功能化7.2 教学内容高分子材料在不同界面上的行为和相互作用高分子材料界面性质的表征方法和技术高分子材料界面功能化和应用7.3 教学方法采用多媒体课件进行讲解结合实验数据和图像分析高分子材料界面的性质通过实验操作和观察理解高分子材料界面的功能化和应用7.4 教学评估课堂提问和讨论课后作业和练习题实验报告和分析第八章：高分子材料的光学性能8.1 教学目标了解高分子材料的光学性能特点掌握高分子材料的光吸收和发射行为理解高分子材料的光化学反应和光物理过程8.2 教学内容高分子材料的光学性能特点和测试方法高分子材料的光吸收和发射行为高分子材料的光化学反应和光物理过程8.3 教学方法采用多媒体课件进行讲解结合实验数据和图像分析高分子材料的光学性能特点通过实验操作和观察理解高分子材料的光化学反应和光物理过程8.4 教学评估课堂提问和讨论课后作业和练习题实验报告和分析第九章：高分子材料的环境稳定性和可持续性9.1 教学目标了解高分子材料的环境稳定性和可持续性重要性掌握高分子材料的环境稳定性和降解行为理解高分子材料的可持续性和环境影响评估9.2 教学内容高分子材料的环境稳定性和降解行为高分子材料的可持续性和环境影响评估高分子材料的生物降解和回收利用9.3 教学方法采用多媒体课件进行讲解结合实验数据和图像分析高分子材料的环境稳定性通过实验操作和观察理解高分子材料的可持续性和环境影响评估9.4 教学评估课堂提问和讨论课后作业和练习题实验报告和分析第十章：高分子材料的应用和未来发展10.1 教学目标了解高分子材料在各个领域的应用掌握高分子材料的功能化和智能化理解高分子材料的未来发展趋势和挑战10.2 教学内容高分子材料在各个领域的应用和实例高分子材料的功能化和智能化技术高分子材料的未来发展趋势和挑战10.3 教学方法采用多媒体课件进行讲解结合实例和案例分析高分子材料的应用和功能化通过讨论和思考题引导学生理解高分子材料的未来发展趋势10.4 教学评估课堂提问和讨论课后作业和练习题思考题和研究报告重点和难点解析1. 高分子链的结构与运动：理解高分子链的结构特点，掌握高分子链的运动方式和动力学行为，以及高分子链的统计分布和构象。
第7章 水环境中的光化学过程
三、光化学定律
1、 光化当量定律
1921年，爱因斯坦(Einstein)提出：
在光化学反应的初级过程中，被活化的分 子数(或原子数)等于吸收的光量子数，或者说 分子对光的吸收是单光子过程。
此定律又称爱因斯坦光化当量定律。
因为激发态分子寿命很短，(激发态分子存留时间一般小于10-8秒)，这
样激发态分子几乎不可能吸收第二个光子。
在外界条件（温度、压力）一定时，量子 产率主要决定于反应物性质和吸收光的波长。
3、初级量子产率和表观量子产率 光化学反应可以分为初级过程和次级过程。
举例：大气中氯化氢的光化学过程 HCl+hv H+Cl(初级过程，光化学反应，光分解) H+HClH2+Cl（次级过程，热化学反应） Cl+ClCl2（次级过程，热化学反应）
吸收光能后的激发态分子是不稳定的，可有许多途径失去能 激发态分子是不稳定的，可能发生下述变化： 量而成为稳定状态。
（1）发生离解： A*
B1 + B2 +…
（2）与其他分子碰撞反应： A* + B 光化学过程 C1+C2+…
（3）与惰性物质碰撞，返回基态： A* + M A+M （4）发出荧光，返回基态： A* A + hν 光物理过程：各激发态之间或激发态和基态之间相互转化的跃
水合电子是一种强还原剂, 它是被水分子团包围着的
裸露电子,化学性质十分活泼,是目前已知还原剂中的
最强者。除了氖和氦等个别物质外,水合电子几乎能与 任何元素及化合物发生化学反应。它还能与某些物质 合成许多极难合成的物质。
研究发现：水合电子是高能辐射危害人体主因
将对抗癌使用的放射疗法产生影响；需要对辐射剂量重新评估
《高分子物理》ppt课件(2024)
温度对溶解的影响
温度升高有利于高分子链的运动 和舒展，促进溶解；但过高的温 度可能导致高分子降解。
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高分子溶液粘度与流变性
1 2
粘度的定义与测量
粘度是高分子溶液的重要性质之一，反映了溶液 内摩擦阻力的大小，可通过粘度计进行测量。
浓度对粘度的影响
高分子溶液粘度随浓度的增加而增大，呈现非线 性关系。
击穿电压
击穿电压是指材料在电场作用下发生击穿现象的电压值。 高分子材料具有较高的击穿电压，可用于高压绝缘领域。
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折射率、透光率等光学性能
01
折射率
高分子材料的折射率通常较低，接近于1.5左右。这使得高分子材料在
光学器件中具有广泛的应用，如透镜、棱镜等。
02
透光率
透光率是指材料对可见光的透过能力。高分子材料具有良好的透光性，
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PART 02
高分子链结构与形态
REPORTING
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高分子链化学结构
链的组成与结构单元
链的支化与交联
高分子链由许多结构单元通过共价键 连接而成，每个结构单元通常包含一 个或多个原子或原子团。
支化是指高分子链上分支结构的形成 ，而交联则是指不同高分子链之间的 连接。支化和交联都会对高分子的物 理性质产生显著影响。
高分子物理研究方法与技 术
REPORTING
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X射线衍射法研究晶体结构
X射线衍射原理
01
利用X射线在晶体中的衍射现象，通过分析衍射图谱
获得晶体结构信息。
高分子晶体结构特点
02 高分子晶体通常由分子链折叠形成的片晶组成，具有
第7章 光敏高分子材料
一、光化学和光物理原理
• 光（包括可见光、紫外光和红外线）是光敏高分 子材料各种功能发生的基本控制因素，一切功能 的产生都是材料吸收光以后发生相应物理化学变 化的结果。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， 这种变化可以是化学的，如光聚合光降解；也可 以是物理的，如光致发光、光导电。
• 光导聚合物的应用 • 1、在静电复印和激光打印中的应用 • 2、光导材料在图象传感器方面的应用
利用在光照射下分子互变异构储存太阳能
思考题
1、简述光交联和光聚合。 2、简要介绍Jablonsky光能耗散图。 3、光敏涂料的光源选择有哪些方面可以考虑？ 4、光刻胶的定义。 5、简述深紫外光致刻蚀剂的原理及优点。 6、要提高光导电体的光电流，需要哪些条件。 7、光导电聚合物可能有哪三种结构形式？ 8、举例说明光照射下分子互变异构储存太阳能。
6）高分子光导材料 在光照下，电导率能显著增加的材料称为光导材料。 光检 测元件， 光电子器件。
7）光致变色高分子 材料吸收光以后，分子结构发生改变，引起吸收波长发生 显著变化，从而材料外观颜色发生变化的高分子材料为光致变色材料。
8）高分子光力学材料 在光作用下，材料分子结构的变化，引起外型尺寸变化， 光控机械运动。
电子束和x射线作为激发源。。。。
第三节 高分子光稳定剂
材料的老化；光老化；光化学反应；自由基； 一 、光降解和光氧化
光的吸收 光吸光度 光量子效率 高分 子材料中的吸光性添加剂和杂质对光的吸 收重要，染料和颜料
引发机理 自由基的产生 过氧自由基 光 敏物质
二、光稳定剂的作用机制
聚合物抗老化的两种方式：
光照引起分子结构改变。从而导致聚合物整 体尺寸改变的可逆变化称为光力学现象。
光敏高分子材料
二、光敏涂料的组成与性能关系
• 光敏涂料的组成不涂层的性能关系密切，主要成份包括预聚物、光引 发剂、交联剂、热阻聚剂和光敏剂等。涂料的性能包括流平性、力学 性能、化学稳定性、光泽、黏结力和固化速度等。
•
1、流平性能
– 指涂料被涂刷后，其表面在张力作用下迅速平整光滑的过程。
– 影响因素：黏度、表面张力、润湿度 （取决于涂料的化学组成）
• 2、光引发剂不光敏剂
– 选择依据：光源的波长和涂料的种类
• 3、环境条件的影响
– 空气中的氧气有阻聚作用，在惰性气氛中有利于固化反应； – 环境气氛对光源的吸收作用，特别是采用紫外光时； – 温度
四、光敏胶
• 光敏胶也称为感光胶黏剂，是一种光能固化的胶黏剂，其作 用原理不光敏涂料相同。 • 优点：使用溶剂少，对环境污染小；
一、高分子光物理和光化学基本原 理
• 包括高分子在内的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 • 光聚合反应或者光降解反应——光化学 • 光致发光或者光导电现象——光物理学
一、高分子光物理和光化学基本原理
光吸收和分子的激发态 • 光具有波粒二象性，同时光有具有能量，其能量 表达式为：
二、正性光致抗蚀剂
• 正性光致抗蚀剂的作用原理，主要发生光降解反应 或其他类型的光化学反应，反应的结果是光的溶解 性能提升或溶解属性发生改变，从而使曝光部分在 随后的显影过程中被除去。 • 酸催化酚醛树脂（油溶性——水溶性） • 深紫外光致抗蚀剂（键断裂）——甲基丙烯酸甲酯
优点：光刻精度大大提高
• 电子束和X射线光刻胶
应 用
• 光加工工艺是指在被加工材料表面涂覆保护用光刻胶，根据加
工要求，对保护用光刻胶进行选择性光化学处理，是部分区域
有机化学基础知识点整理光化学反应的机理与应用
有机化学基础知识点整理光化学反应的机理与应用光化学反应是指受到光照射后，分子或原子间的化学反应。
在有机化学中，光化学反应被广泛应用于有机合成、材料科学以及生物化学等领域。
本文将整理有机化学中的一些基础知识点，并详细介绍光化学反应的机理与应用。
一、光化学反应的基本原理光化学反应发生的基本原理是光能的吸收与转化。
分子中的电子和化学键受到光能的激发，从低能级跃迁到高能级，形成激发态分子。
激发态分子通过与其他分子碰撞或电子间跃迁的方式，发生化学反应，最终返回基态。
光化学反应一般可分为两类：光诱导的化学反应和光响应的化学反应。
二、光化学反应的机理1. 光诱导的化学反应机理光诱导的化学反应是指在光的刺激下，分子中的化学键发生断裂或重新组合。
最典型的光诱导化学反应是光解反应，即输入光能后，分子中的化学键断裂，形成两个或多个产物。
另一种光诱导化学反应是光引发的加成反应，通过光能使单体分子与其它分子发生化学键的形成，生成更复杂的产物。
2. 光响应的化学反应机理光响应的化学反应是指化学物质对光照射具有响应性，发生化学变化。
其中最典型的反应是光感应链反应，即通过光的刺激引发的一系列化学反应。
这些反应通常涉及自由基或离子的生成与消解，从而实现光响应。
三、光化学反应的应用光化学反应在有机合成、材料科学以及生物化学等领域有着广泛的应用。
1. 有机合成领域光化学反应被广泛应用于有机合成中，特别是在复杂结构合成和立体选择性合成中具有重要作用。
通过合理设计反应条件和选择合适的光化学反应，可以提高合成效率和选择性，降低合成成本。
2. 材料科学领域光化学反应在材料科学中的应用十分广泛。
例如，通过光聚合反应可以制备出具有特定功能的高分子材料。
此外，利用光化学反应可以实现材料的表面修饰、功能化改性等，并提高材料的性能和稳定性。
3. 生物化学领域光化学反应在生物化学研究中也有一定的应用。
例如，利用光化学反应可以实现对生物分子的控制释放、药物传递和细胞成像等。
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。
光化学反应原理
光化学反应原理光化学反应原理光化学反应在环境中主要是受阳光的照射，污染物吸收光子而使该物质分子处于某个电子激发态，而引起与其它物质发生的化学反应。
如光化学烟雾形成的起始反应是二氧化氮（NO2）在阳光照射下，吸收紫外线（波长2900~4300A）而分解为一氧化氮（NO）和原子态氧（O，三重态）的光化学反应，由此开始了链反应，导致了臭氧及与其它有机烃化合物的一系列反应而最终生成了光化学烟雾的有毒产物，如光氧乙酰硝酸酯（PAN）等。
光化学反应的发生必须具备的条件当光照射在物体上时,会发生三种情况:反射、透过和吸收。
在光化学中,只有被分子吸收的光才能引起光化学反应。
因此,光化学反应的发生必须具备两个条件:一是光源,只有光源发出能为反应物分子所吸收的光,光化学反应才有可能进行。
二是反应物分子必须对光敏感(与其分子的结构有关) 。
即反应物分子能直接吸收光源发出的某种波长的光,被激发到较高的能级(激发态) ,从而进行光化学反应。
例如:卤化银能吸收可见光谱里的短波辐射(绿光、紫光、紫外光) 而发生分解:2AgBr=2Ag +Br2这个反应是照像技术的基础。
但卤化银却不受长波辐射(红光) 的影响。
所以,暗室里可用红灯照明。
由此也可看出,光化学反应的一个重要特点是它的选择性,反应物分子只有吸收了特定波长的光才能发生反应。
需要注意的是,有些物质本身并不能直接吸收某种波长的光而进行光化学反应,即对光不敏感。
但可以引入能吸收这种波长光的另外一种物质,使它变为激发态,然后再把光能传递给反应物,使反应物活化从而发生反应。
这样的反应称为感光反应。
能起这样作用的物质叫感光剂。
例如:CO2 和H2O 都不能吸收日光,但植物中的叶绿素却能吸收这样波长的光,并使CO2 和H2O 合成碳水化合物:CO2 + H2O=16 n(C6H12O6) n + O2叶绿素就是植物光合作用的感光剂。
光化学反应物质在可见光或紫外线照射下吸收光能时发生的光化学反应。
高分子光化学原理及应用学习心得
高分子光化学原理及应用学习心得
学习高分子光化学原理及应用是一项非常有趣和有挑战性的任务。
光化学是研究光与化学反应之间相互作用的学科，而高分子光化学则是将光化学原理应用于高分子材料领域。
在学习过程中，我发现了一些关键的原理和应用。
首先，光的能量可以激发高分子材料中的电子跃迁，引发化学反应。
这种光激发的反应可以用于控制高分子材料的结构和性能。
例如，通过选择合适的光源和波长，可以实现高分子材料的光引发聚合反应，从而制备具有特定结构和功能的高分子材料。
高分子光化学还可以应用于传感器、光电子器件和光催化等领域。
通过将适当的功能单元引入高分子材料中，并利用光激发的反应，可以实现对外界环境的感知和响应。
这为制备高性能传感器和光电子器件提供了新的途径和思路。
另外，利用光催化反应，高分子材料可以在光的作用下催化有机物的降解、废水的处理等环境保护相关的实际应用。
在学习过程中，我还了解到了一些关于高分子光化学的挑战和未来发展方向。
首先，光化学反应的效率和选择性是重要的研究目标。
如何实现高分子材料在光激发条件下的高效反应，以及如何精确控制这些反应的过程和产物选择是需要进一步深入研究的问题。
其次，光稳定性和长寿命也是需要解决的问题。
高分子材料在光照条件下可能发生降解或失活，因此需要设计和合成具有良好光稳定性的材料。
总之，学习高分子光化学原理及应用是一项富有挑战性和前景广
阔的任务。
通过深入学习和研究，我们可以掌握高分子光化学的基本原理，并将其应用于材料科学、能源、环境等领域，推动高分子材料的发展和应用。
高分子光化学PPT课件
2）紫外吸收光谱图
吸收峰的位置、吸收强度
15
A?
12
9
6
3
200 220
260 280
nm
320 340
横坐标：波长（nm）
纵坐标：A， ， log，T%
最大吸收波长：max
最大吸收峰值：max
例：丙酮
max = 279nm ( =15)
.
11
2. 基本术语：
红移（向红移动）：最大吸收峰波长移向长波。 蓝移（向蓝移动）：最大吸收峰波长移向短波。
波长越短，单个光子能量越高。
.
eV 6.20 3.10 2.76 2.48 2.16 2.10 2.0 1.6
7
4. 什么是光子（photon）？
❖ 光——波粒二象性。光束可以看成粒子束。光的基本 组成粒为光子（photon）。
一个光子的能量： Ehhc , (h = 6.6210-34Js)
n* 跃迁：吸收波长：< 200nm（在远紫外区） 分子中含有杂原子 S、N、O、X 等饱和化合物。 例：CH3OH max= 183nm（150） CH3CH2OCH2CH3 max= 188nm
某些含孤对电子的饱和化合物,如:硫醚、二硫化合物、硫醇、 胺、
溴化物、碘化物在近紫外区有弱吸收。
例：CH3NH2 max= 213nm（600）
光密度O.D. (optic density) 相当于光强;
.
9
二、电子激发过程
1.电子跃迁
*
吸收光子
分子基态 激发态
n*
*
n*
分子外围电子轨道能级图 E
n
*
1) 电子跃迁的类型
*
光化学原理课件
光化学原理课件一、引言光化学原理是研究光与物质相互作用过程中所发生的化学变化的学科。
光化学在自然界和人类生活中扮演着重要角色，如光合作用、太阳能转换、光固化技术等。
本课件旨在介绍光化学的基本原理、光化学反应类型、光化学应用等方面的知识，帮助读者更好地理解和掌握光化学原理。
二、光化学基本原理1. 光的性质光是一种电磁波，具有波动性和粒子性。
根据波长不同，光可以分为紫外光、可见光和红外光。
光的速度、波长和频率之间有一定的关系，即c = λν，其中c为光速，λ为波长，ν为频率。
2. 光的吸收与发射物质对光的吸收和发射是光化学过程的基础。
当光照射到物质表面时，物质分子中的电子吸收光能，从基态跃迁到激发态。
激发态电子不稳定，会通过辐射跃迁或非辐射跃迁回到基态，释放出能量。
这个过程表现为物质的颜色和荧光现象。
3. 光化学反应光化学反应是指在光的作用下，物质发生化学变化的过程。
光化学反应可以分为两类：光合作用和光解作用。
光合作用是指光能转化为化学能的过程，如植物的光合作用；光解作用是指光能导致化学键断裂的过程，如光解水制氢。
三、光化学反应类型1. 直接光化学反应直接光化学反应是指光直接作用于反应物，使其发生化学变化的过程。
例如，光解水制氢、光氧化还原反应等。
2. 间接光化学反应间接光化学反应是指光作用于催化剂或敏化剂，使其激发后引发反应的过程。
例如，光合作用、光催化氧化还原反应等。
3. 光敏化反应光敏化反应是指光激发敏化剂，敏化剂将能量转移给反应物，从而引发化学反应的过程。
光敏化反应在光动力治疗、光催化等领域具有重要意义。
四、光化学应用1. 光合作用光合作用是自然界中最重要的光化学过程，是植物、藻类和某些细菌利用光能将二氧化碳和水转化为有机物和氧气的过程。
光合作用为生物提供了能量和氧气，维持了地球生态系统的平衡。
2. 太阳能转换太阳能转换是指将太阳光能转化为电能或其他形式能量的过程。
太阳能电池、太阳能热利用等技术都是基于光化学原理实现的。
光化学和光物理学的应用
光化学和光物理学的应用随着科技的不断发展，光化学和光物理学逐渐成为了人们研究自然现象和解决实际问题的有力工具。
本文将从光化学和光物理学的定义、原理及应用等多个角度论述。
一、光化学的定义和原理光化学是研究光对物质的化学作用的学科。
在光化学中，最常见的化学反应是光催化反应。
光催化反应是指光能使化学反应发生或加速反应的作用。
对于光化学的原理，可以理解为光能量和化学能量之间的相互转换。
当光与物质相互作用时，能量被吸收，物质在这个过程中发生结构上的变化，从而形成新的化学物质。
这种转换的过程是由电子和分子之间的相互作用引起的。
二、光物理学的定义和原理光物理学是研究光学现象和光学器件的物理特性的学科。
光物理学的主要内容包括量子光学、光学干涉、非线性光学、激光技术等。
其中，激光技术是光物理学的重要分支之一。
光物理学的原理是基于光与物质相互作用后，物质在这个过程中吸收、散射和发射特定的光波长。
在这个过程中，光核心会引起分子发生能级的变化，从而使得物质发生光学特性上的变化。
三、由于光化学和光物理学具有可控性、高效性、无污染等特点，因此在实际应用中得到了广泛的应用。
1、光催化技术光催化技术是目前研究的热点之一。
通过光能在氧化物催化的条件下使污染物分解并消除，可以非常有效的应用于环境污染治理、饮用水净化和废水处理等领域。
例如，光催化技术可以应用于金属离子及重金属离子的水处理、有机物的降解和水分裂等方面。
2、激光技术激光技术，作为当今现代技术的代表之一，被广泛应用于医疗、工业制造、通信和信息科学等领域。
例如，激光技术可以应用于细胞和组织的研究，也可以应用于钣金切割和热处理等领域。
3、量子点发光材料量子点发光材料作为一种高效的光电转换材料，在显示技术、生物医学成像和太阳能电池等领域得到广泛应用。
例如，在显示技术方面，量子点发光材料可以大大提高显示器的亮度和色彩的表现力等。
4、生物光谱学生物光谱学是一种化学和生物学的交叉技术，它基于光化学和光物理学的原理，可以用于对生物分子的结构和功能进行研究。
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。
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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：
功能高分子化学-15(光敏高分子-1)
概述－高分子光物理和光化学原理
1. 光吸收和分子的激发态
E h hc
I :投射光强
光吸收的程度: I01 0
cl
或 lg
I0 I
Io : 入 射 光 强
cl
:摩尔消光系数
c :分子摩尔浓度 l:光 程 长 度
分子吸收光的性质取决于分子的结构. 激发光量子效率：生成激发态的数量与物质吸收光子 的数目之比。
四、其他感光性化合物＋高分子
• 有机卤化物
• 芳香族硝基化合物
*
CH2
CH
n
*
O C O C H -C H C 6H 5
hr
C 6H 5C H -C H C O O
*
CH2
CH
n
*
肉桂酰氯也可与其他含羟基的高分子化合物（酚醛树脂、环氧树 脂、聚甲基丙烯酸羟乙酯、苯乙烯）制备感光性高分子
在反应过程中能产生感光基团的结构。
*
CH2
CH
n
*
+
CHO R
*
CH2
CH
*
O C H 2 -C H
* * n
C H 2 - O -C -C H = C H O
主链型感光高分子
O HO CH=CH C O
*
OH
+ C lO 2 S
S O 2C l
O
C H=CH
C
O
SO2
SO2
n
*
光敏高分子材料－光敏化合物＋高分子化合物
由感光性化合物与高分子化合物混合而成。 一、重铬酸盐＋亲水性高分子
将发色基团引入高分子链中 制备光降解高分子的方法 将自由基引发剂混入聚合物中
光化学原理
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1、电子的跃迁光子被分子的发色团（指分子中吸收光的那些基团或键）吸收后，它的能量转移给了分子，随之引起分子的电子结构的改变，产生各种电子的跃迁，其中最重要的是π→π＊和n→π*跃迁.n轨道：孤对电子所处的非键轨道.当有机分子中有杂原子时，就可能出现杂原子中的一个电子对没有与其它原子共用而在未成键的轨道中,这种轨道就是n轨道.它不参与分子的成键体系电子跃迁通常能在紫外吸收光谱中观察到。
吸收光的波长位置和强度与电子结构有关。
含C＝C键的化合物如乙烯，吸收137。
5~200nm的光子，电子从π轨道跃迁到π*轨道,产生π π＊跃迁，形成的激发态称为ππ*态.含共轭双键的化合物如丁二烯，因π和π＊轨道分别重新组合，使最高占有轨道和最低未占轨道间能隙缩小，跃迁能量降低.随共轭双键数增加，最高占有轨道和最低未占轨道间能隙随之缩小，因而在紫外光谱中最大吸收的波长λmax不断移向长波处。
对于各种多烯烃，随分子中的共轭双键数增加，吸收光谱中λmax值也随之增加。
吸收强弱与跃迁类型有关.nπ*跃迁几率小，吸光系数低,ππ*跃迁几率大，吸光系数高。
原因是n轨道与π＊正交，电子云重叠少；而ππ＊轨道重叠较多.σπ*跃迁不仅需要能量高,几率也小。
正因为如此，烯烃比羰基化合物有较大的吸收强度.2、基态与激发态（结合前线轨道理论）分子处于基态时，能量最低.单线态基态用S0表示.把一个电子从基态分子的最高占有轨道HOMO激发到最低空轨道LUMO所要吸收的能量最少，形成的激发态是第一激发态。
高分子光化学原理应用
高分子光化学原理应用高分子光化学原理是指利用光的能量来引发或促进高分子材料的化学反应。
光化学反应是一种通过光的能量来改变分子结构和性质的化学反应。
在高分子材料领域，光化学原理的应用具有广泛的研究和应用价值。
首先，高分子光化学原理可以用于合成新型高分子材料。
通过选择合适的光敏剂和反应条件，可以在光的作用下引发高分子材料的聚合反应，从而合成具有特定结构和性能的高分子材料。
这种方法可以实现高分子材料的精确控制合成，得到具有特定功能的材料，如光敏高分子材料、光电材料等。
其次，高分子光化学原理还可以用于高分子材料的修饰和功能化。
通过光化学反应，可以在高分子材料的表面引入新的官能团，从而改变材料的表面性质和功能。
例如，可以通过光化学反应在高分子材料的表面引入亲水基团，使其具有良好的润湿性和抗污染性；还可以引入光敏基团，实现材料的可逆光响应性能。
此外，高分子光化学原理还可以用于高分子材料的光刻和微纳加工。
光刻是一种通过光的作用来制备微细结构的技术，广泛应用于集成电路、光学器件等领域。
在高分子材料中，通过选择合适的光敏剂和光刻条件，可以实现高分辨率的光刻和微纳加工，从而制备出具有复杂结构和功能的高分子微纳器件。
最后，高分子光化学原理还可以用于高分子材料的光稳定性研究和光降解控制。
光稳定性是指高分子材料在光的作用下的稳定性能，而光降解是指高分子材料在光的作用下发生的降解反应。
通过研究光化学反应的机理和影响因素，可以有效地提高高分子材料的光稳定性，延长其使用寿命；同时，还可以控制光降解反应的速率和路径，实现高分子材料的可控降解和可持续利用。
综上所述，高分子光化学原理的应用在高分子材料领域具有重要的意义。
通过光化学原理的研究和应用，可以实现高分子材料的精确合成、表面修饰、光刻加工、光稳定性研究等多种功能，为高分子材料的开发和应用提供了新的思路和方法。
相信在未来的研究中，高分子光化学原理的应用将会得到进一步的拓展和深化。
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杂化轨道：解释甲烷结构 √ 对多个共轭体系： ×
分子轨道理论：成功解释 多重共轭体系
分子轨道(Molecular Orbitals)
原子轨道的线性组合(Linear Combination of Atomic Orbitals) 要点: 1 能量相近的原子轨道组合为分子 轨道 2 电子离域于分子轨道 3 成键轨道的能量低于反键轨道的能量 应用: 特别适用于多原子共轭结构如苯、丁 二烯等
价键理论：原子轨道（AO)和杂化轨道
能量最低原理 泡利不相容原理 洪德规则
键的类型： δ键 ： π键： 头—头 肩－肩
S轨道：球形对称 1s 2s p轨道：纺锤形p x py pz d轨道：梅花形
解释甲烷结构 原子轨道：× 原子杂化轨道：√
杂化轨道（Hybridization）： 轨道线性组合： s+p=2sp s+2p=3sp2 s+3p＝4sp3 电子定域：电子固定在相应的轨道上
分子轨道的组合原则
如两个相同的原子轨道φ1和φ2相互 作用产生两个分子轨道ψ1和ψ2 * 成键轨道： ψ1 ＝ φ1 ＋φ2 反键轨道： ψ2 *＝ φ1 － φ2
7.1.2 光的吸收和透过
主要内容：Lambert-Beer定律： 紫外光的波长为40nm～400nm 的 光。 其中： 真空紫外：<200nm 中紫外：200～300nm 近紫外：300～400nm
光的量子效率概念:
每吸收一个量子所产生的反应物的分子 数： φ=(生成产物的分子数)/(吸收的量子数)
7.1.3 激发态的产生
主要内容：用分子轨道理论解释 激发态的产生 4种激发方式： δ π n n
hν hν hν hν
δ* π* δ* π*
非键轨道: 无对应的(能量相近, 对称性匹配)的原子轨道, 直接形成的 分子轨道. 注意: 非键轨道是分子轨道, 不再属于提供的原子. H 的1s与 F的 1s, 2s 能量差大, 不能形成有效分子轨道. 所以F 的 1s, 2s 仍保持原子轨道的能量, 对 HF 的形成不起作用, 称非键轨道, 分别为1σ和 2σ.
非键轨道（Non-bonding orbital）： n
π成键轨道和π*反键轨道
两种不同的π成键轨道
δ成键轨道和δ*反键轨道
四种可能的电子跃迁方式
成键轨道向反键轨道跃迁示意图
hν7.1.4 激发态的失：主要内容： 光物理失活：辐射效应（荧光、磷光） 非辐射效应（热耗散） 光化学失活：化学反应（产生自由基、离 子）
•电子跃迁:分子吸收光能后从低能级的轨道向高 能级的轨道跃迁，产生激发态的分子。 ΔE=hν ΔE为激发态和基态的能级差，h为普朗克常 数ν为光的频率
三种轨道类型
δ π： 成键轨道（Bonding orbital ） δ* π* ：反键轨道（Anti-bonding orbital ） n：非键轨道（Non-bonding orbital）
光引发剂(photoinitiator): 要求: 高吸光度,高分解率 光敏剂 (photosensitizer): 要求: 高吸光度,能量转移率
思考题 1. 解释： 分子轨道 成键轨道 反键 轨道 量子效率 激基复合物 2. 画出电子跃迁的四种方式，简要说明 其特点。 3. 利用Jablonsky图简要阐述电子激发态 的损耗方式。
光的透过定律
Lambert-Beer定律 I=I0e-μd I为透射光强度，I0为入射光强度， d为光 吸收物质的厚度，μ为物质的吸光系数。
在溶液中： I=I0e-εcl 或 Log(I0 / I)=εcl I为透射光强度，I0为入射光强 度，ε为摩尔消光系数，c为溶液 浓度， l为光吸收物质的厚度。
7.1.1 分子价键结构理论：
原子轨道： 杂化轨道： 分子轨道：
光敏高分子材料概念：photosensitive polymer lightsensitive Polymer photopolymer 紫外线固化: ultraviolet(UV) curing 光聚合：photopolymerization 光交联： photocrossing 光降解： photodegradation 光致抗蚀剂：photoresist 光刻胶： lithophotography
第七章 光敏高分子材料
7. 1 高分子光物理及光化学原理 7. 2 光敏涂料: 光引发剂 光固化树脂 活性稀释剂 应用 7.3 光致抗蚀剂
7. 1 高分子光物理及光化学原理
7.1.1 分子价键结构理论：（分子轨道） 7.1.2 光的吸收和透过： 7.1.3 激发态的产生： 7.1.4 激发态的失活：（化学反应）
Jablonsky图
Jablonsky图
S2
系 内 转 换 光 激 发 荧 光
系 间 转 换 系 内 转 换
T2
S1
光 激 发
热 耗 散
系 间 转 换 磷光热耗散
T1
S0
光化学失活：化学反应（产生自由基、离子）
荧光和磷光 荧光和磷光的产生
6. 激基缔合物和激基复合物
当处在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（Excimer)。
当处在激发态的物质同另一 种处在基态的物质发生相互作用 ，生成的物质被称为激基复合物 (Exciplex)。
激基缔合物也可以发生在分子内部，即处在激发态的发色团同同一 分子上的邻近发色团形成激基缔合物，或者与结构上不相邻的发色 团，但是由于分子链的折叠作用而处在其附近的发色团形成激基缔 合物。
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