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1、有机高分子材料应用简介,第七章,结构特征,固有特性,测定性能,实际应用性能,性能价格比Cost(price) Performance,成型工艺,一、高机能功能高分子材料（High Functional Polymer Materials),一）抵抗材料（Resist Materials)-感光树脂,光刻(Photography)光抵抗材料（Photo-resist): 正模型材料（Positive Type); 负模型材料（Negative Type)光模型制作（Photo-pattern Fabrication)相片制版(Photo-fabrication)、光刻蚀(Photo-etchin
2、g)光电成型 (Photo-electroforming)应用集成电路（Integrated Circuit)大规模集成电路（Large Scale Integrated Circuit)应用半导体光刻技术（Semi-conductor Photolithography),126,精细加工用抵抗材料（Fine Process Resist Materials),1813年法国Njepce首先研究沥青的光固性,二）感光高分子类型,1、根据光照后物理性质的变化分为： 光致溶化型 光致不溶化型 光降解型 光导电型 光致变色型等,3、根据光反应的种类分为： 光交联型 光聚合型 光氧化还原型 光二聚型
3、光分解型等,2、根据感光基团分为： 重氮型、叠氮型、肉桂酸型、丙烯酸型,1）感光型化合物+高分子型：由溶剂、感光型化合物（重铬酸盐、 芳香族重氮、叠氮化合物、有机卤素化合物）、染料、引发剂、 不饱和高分子、增塑剂组成,2）光聚合型：光敏剂+单体体系；光聚合单体+高分子体系,3）带有感光基团的高分子型：主要研究对象,4、根据聚合物的形态和组成分类：,合成方法,A.将带有感光基团的单体进行聚合或缩聚,B.通过反应向高分子骨架上引入感光基团,CH2=CH-C6H4-O-CO-CH=CH-C6H5 CH2=CH-C6H4-CH=CH-COOH CH2=CH-COOCH2CH2OCO-CH=CH-C6H
4、5CH2=CHCOOCH2- R 吡喃酮基CH2=CHCOOCH2C(CH3)-COOCH2CH(CH3)OCO-C6H5-N3,香豆素基,-(-CH2-CH-)- + C6H5-CH=CH-COCl,OH,-(-CH2-CH-)-,O-CO-CH=CH-C6H5,改性方法：引入相应基团（如羟基、羧基、磺酸基）增加水溶性和成膜性能,R=,高分子复合材料在信息技术中的应用,有机光导电材料（Organic Photoconductor Materials)(OPC)主要用在普通纸的复印机（Plane Paper Copier,PPC)、激光打印机、数字打印机、等中作为感光体使用 电子成像过程：物质
5、的静电现象和光导电现象的组合过程（Non-impact way),放电带电,露光,现象,感光体膜,电阻大,表面静电,光导电层电荷消失 电阻减小,带有反电荷的 可塑性粉末现象,静电转移图象,清除,OPC感光体膜的构成,电荷移动层（Charge Transport Layer),电荷产生层（Charge Generation Layer),导电层,基板,CGL CTL,LUMO,HOMO,励起,Ip,Ip,正孔,CGL CTL,励起,正孔,Ion-potential (Ip),Ea,Ea,Electron-affinity (Ea),注入机理（模型）,129,三）电子成像用感光材料,明胶、高分子树
6、脂,黑白：钡底，BaSO4+明胶 彩色：涂塑，TiO2+聚乙烯,四）光记录材料（Optical Memory Materials),130,光盘,机能,保存型（Direct Read After Write Media,DRAW) 消去型（Erasable-DRAW, E-DRAW),材料分类,有机材料 无机材料,记录原理,热模型（Heat Modle)光模型（Photon Modle),同时有形状变化没有形状变化,开孔型（可逆、不可逆） 气泡成型（可逆、不可逆） 苔藓孔型（Moss Eye)(不可逆）,相变化（结晶、非结晶/可逆、不可逆） 光磁气变化（可逆） 分子结构变化（可逆、不可逆）,形
7、状没有变化-分子结构变化（可逆、不可逆）,光盘构造,紧密型夹心型,Pre-groove(PG)/ Pre-Adrress(PA),Fine Pattern,Drive tracking 驱动跟踪,标准光设置 Optical Pick up,伺服器（Servo),色素和粘合剂溶剂 （光记录材料）,涂膜,热处理,密封,光盘,五）液晶显示材料（Liquid Crystal Display Materials),131,1888年澳大利亚植物学家Reinizer发现（Cholestro-Derivatives) 德国物理学家Lehmann用偏光显微镜观查此流动性和折射性（Refraction) 196
8、0年美国RCA group观察到在电场下液晶分子的向列状态（Nematic state)和散乱现象 当时电器、电子工业处于从真空管向半导体转变时期，显示器的小型化变得日益突出,构成液晶分子的要素： 1）刚直、棒状、板状 2）细长 3）两端带有基团（两端是永久极性）,棒状分子,圆盘状,主链型液晶分子,侧链型液晶分子,复合型液晶分子,芳香族聚酰胺、芳香族聚酯等,单体共聚、硅化、酯化等,六）非线形光学材料（Non-linear Optical Materials),P = c(1)E + c(2)E2 + c(3)E3 + ,半导体激光 (l=0.84mm),l=0.42mm,P: Polariza
9、tion induced in a molecule by a external electric field E The values of c(n) are refer to macroscopic coefficients that measure the projection of the macroscopic molecular tensor on the unit cell.,E,例如：2-甲基-4-硝基苯胺,SHG (Second harmonic generation),l=0.28mm,THG (Third harmonic generation),SHG,-CH=CH-,
10、O2N-,-NMe2,132,Optical Waveguide,二次非线形光学材料所具备的条件：1）没有对称中心（Noncentrosymmetric) 2）共轭结构且具有极性三次非线形 (SHG) 光学材料所具备的条件：主链方向具有长的共轭结构例如：聚乙炔 -CH = CHn-,Solid-State Polymerization of Diacetylene,Monomer,Polydiacetylene (PDA),Characteristics of PDA:,1.Single Crystal 2.One Dimensional Conjugated Backbone,Electro
11、nic Conducting Materials,Electrooptics, Optics Switches and Modulators,hn or D,133,134,七）光纤材料(Optical Fiber),塑料光纤(Plastic Optical Fiber, POF)的构造和性质,分类:阶梯指数型光纤 (Step Index, SI)分级指数型光纤(Graded Index, GI),PMMA n =1.49 PS n = 1.59 PVC n = 1.521.55 PFE n = 1.35,应用:光纤通讯, 显示器等,135,八）密封材料(Sealing Materials),
12、集成电路中应用:,对密封材料的要求：: 1) 硬化时间短 2) 膨胀率低 3) 弹性低 4) 强度高 5) 接着力强 6）绝缘性好 7）耐湿、耐热、难燃 8）热传导率高 9）储藏安定性,主要是酚氧树脂与环氧树脂的反应物、 橡胶、沥青等,防水工程：SBS、APP、PVC和再生胶改性沥青卷材,九）压电材料（Piezoelectricity materials),可在耳机、高音喇叭等音响器械、医用超声波探子等医疗器械、传感器等,136,压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应, 是典型的有源传感器。 当材料受力作用而变形时, 其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。压电式 传感器具有体积小
13、, 重量轻, 工作频带宽等特点, 因此在各种动态力、 机械冲击与 振动的测量, 以及声学、 医学、力学、宇航等方面都得到了非常广泛的应用。,石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅等材料是性能优良的压电材料。,压电薄膜有聚二氟乙烯PVF2、聚氟乙烯PVF、聚氯乙烯PVC、尼龙 聚甲基-L谷氨酸脂PMG等。高分子压电材料是一种柔软的压电材料， 不易破碎，可以大量生产和制成较大的面积。,正（顺）压电效应示意图,十）导电性高分子材料,常见导电高分子,1977 年在纽约科学院塑料也能导电,2000年诺贝尔奖金获得者： 美国加里福尼亚大学物理学家黑格、 宾夕法尼亚大学化学家马克抵押米、 日本筑波大学化学家白川英树,导
14、电高分子材料按结构和制备方法分类：复合型、结构型,1.复合型：以有机高分子材料为基体，加入一定数量的导电物质组合而成。如炭黑、石墨、碳纤维、金属粉、金属纤维、金属氧化物等,特点：兼有高分子材料易加工和金属导电性：加工性好、工艺简单、耐腐蚀、电电阻率可调范围大、价格低,2.结构型：高分子材料本身或经少量参杂后具有导电性物质（目前开发重点）分为离子型（高分子固体电解质）；电子型（以共轭高分子为主体）,方法:将亲水聚合物或结构性聚合物与基体高分子共混将各种导电材料填充到基体高分子中,例如：聚丙烯腈（PAN)/（PVC），PAN/PA（聚苯胺）抗静电材料等,与金属和半导体相比较：通过参杂，导电高分子的
15、室温电导率可在绝缘体和导体之间，导电高分子 可以拉伸，且随拉伸而增加，垂直方向电导率不变，呈各向异性，载流子不同 于金属电子，也不同于半导体的孔穴或电子，而是用弧子、极化子、双极化子 概念,ABS/HIPS 共混、ABS/PA共混制得高性能抗静电复合材料,电导率：103 S/cm以上为导体10-8-103之间为半导体小于10-8为绝缘体,掺杂方法：化学掺杂就是加入不同氧化态的物质，使之与聚合物接触反应。电化学掺杂是指聚合物作为电极，掺杂剂作为电解质，在通电的条件下使聚合物链发生氧化还原反应而直接改变其荷电状态,1.p型掺杂剂-在掺杂反应中作为电子的接受体。如：卤素，路易斯酸（PF5,AsF5,BF3,SbF5);质子酸(HF,HCl,HNO3,ClSO3H);过渡金属卤化物（NbF5,TaF5,MoF5,ZrCl4,TeI4);过渡金属化合物（四氰基乙烯（TCNE),四氰基对苯昆二甲烷（TCNQ),四氯对苯昆等x聚合物 （聚合物y+）x + (xy)A- （聚合物y+）Ay-x 2.n型掺杂剂-在掺杂反应中作为电子给予体。如：碱金属（Li,Na,K);在电化学掺杂中常用R4N+,R4P+(R=CH3,C6H5),
