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具有非线性光学特性的含氟聚酰亚胺有机—无机杂化材料的研究

邱凤仙  
【摘要】: 本文以制备具有高非线性活性和热稳定性的光学聚合物材料为目的,以简便的方法合成了一系列聚酰亚胺有机-无机杂化材料,并对其各项性能进行了研究。 1.本文合成了偶氮类NLO生色分子HMNB,以6FHP和6FDA或PMDA为单体,合成了含氟聚酰亚胺,采用溶胶-凝胶法得到新的不同无机组分含量的热稳定性高的有机-无机杂化材料。将制得的含氟聚酰亚胺/SiO_2杂化材料,采用FT-IR、SEM、TEM、XRD和TGA性能测试装置对材料的结构、表面形貌、无机粒子大小、晶体结构和热性能等进行了表征。电光系数γ_(33)达23pm/V。电光系数γ33只在开始阶段有一定的衰减,从200min以后衰减非常缓慢,基本保持其初始值的95%以上,该杂化材料能初步满足器件化要求。通过测定膜于极化前后的紫外-可见光谱,得到取向发色团的序参数Φ,结果表明极化效率较高,材料的结构设计合理,并由一维刚性气体模型计算了材料的宏观二阶非线性光学系数χ(2),经60h序参数几乎不变,有好的极化取向稳定性。 2.改变有机生色分子,使用了DR1,同法合成有机-无机杂化材料。采用固态~(29)Si MAS NMR谱研究了杂化材料的形成过程,结果表明杂化材料中是以T~3、Q~3、Q~4结构为主,说明在杂化材料中形成了交联网状结构。杂化材料的玻璃化转变温度比聚合物高出77℃,电光系数γ33达28 pm/V。改变二酐分子,以6FDA代替PMDA,则杂化材料的玻璃化转变温度比聚合物高出76℃,电光系数γ33高达29 pm/V,该杂化材料为制备高性能的光学器件提供了基础。 3.合成了苯并噻唑类衍生物的NLO生色分子NBDPA和不同无机组分含量的含氟聚酰亚胺/SiO2杂化材料。利用DSC法测定了FB~(-2)和PB~(-2)杂化材料的重要的热物理性质之—比热,实验结果用最小二乘法对273 ~364K温度范围内的Cp实测值进行拟合,得到下列符合较好的方程: FB~(-2):C_p =1.1552 J K~(-1) g~(-1) + 4.28×10~(-4) J K~(-2) g~(-1) T– 3.00×104 J K g~(-1) T~(-2) ; PB~(-2):C_p =1.1032 J K~(-1) g~(-1) + 3.79×10~(-4) J K~(-2) g~(-1) T– 4.50×104 J K g~(-1) T~(-2); 杂化材料的玻璃化转变温度较聚酰亚胺高出120~150℃,电光系数γ_(33)达27pm/V,基本达到实用化要求。 4.合成了含氟的可制作光波导器件的、具有良好热稳定性的PI-19有机聚合物,测得该聚合物Tg为256℃,5%的热失重温度为380℃。材料在光通讯波段(1.3和1.55μm),有2个较低吸收的“窗口”,表明PI-19可以用来制作低损耗的光通讯器件、光开关等。制得的聚合物材料具有较大的热光系数,其值为-4.13~ -3.72×10~(-4)℃~(-1)(从650nm到1310nm),这为研制具有低驱动功率的新型数字热光开关具有一定意义。


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