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一些光折变聚合物和分子玻璃材料的合成及性能表征

张丽  
【摘要】:本文以简化合成方法、改善材料的光折变性能为目的,设计并合成了6种多功能(含电荷输运体和NLO生色团)光折变聚合物(P6-P12,结构式见Figure 1-9和Figure 1-11)和8种光折变有机分子玻璃(M1-M8,结构式见Figure 1-10和Figure 1-12)。用NMR、IR、UV-vis、GPC、DSC、TGA和元素分析等手段对每一种材料的结构、光学性能和热性能进行了表征。通过二波耦合和四波混频实验对这些材料的光折变性能进行了测试,探讨了材料的结构与性能之间的关系,为在分子水平上进行光折变材料的进一步设计提供了依据。 首先,通过后重氮偶合方法合成了一系列含咔唑基多功能生色团的光折变聚磷腈P6-P10。由于磷腈的柔顺主链和亚甲基间隔基团的引入,使所得聚合物具有较低的玻璃化转变温度和很好的溶解性,可以通过熔融或溶液滴注的方法,制成光学性能和稳定性良好的薄膜。单组分聚磷腈样品P6-P8在没有外电场和提前极化的条件下,表现出好的光折变稳态性能。其中,具有最低T_g的P8的耦合增益达91cm~(-1)。而在掺杂20%ECZ的P6体系中,零电压下观测到高达198cm~(-1)的耦合增益和46%的衍射效率。提出了一种全光光折变效应的形成机理,认为可能是在偶氮基团的光致异构化和纵向电场的协同作用下,使偶氮生色团产生了光诱导极化的结果。分析了光折变聚磷腈中柔性链的长度对聚合物的T_g、生色团含量以及光学增益的影响。 同样,采用亲核取代和重氮偶合两步反应,合成了两种以三聚磷腈为核的高度支化的光折变分子玻璃M1和M2。由于其独特的支化结构,使三聚磷腈小分子具有很好的溶解性,并呈现完全的无定型态,但由于与三聚磷腈核相连的柔性链较短以及生色团僵硬的共轭结构又使其具有较高的T_g。掺杂30%的ECZ后,能形成对光稳定的透明膜。二波耦合和四波混频测试结果表明,所合成的三聚磷腈分子玻璃表现出较高的光折变稳态性能。不加外电场的情况下,在样品M1中得到了102cm~(-1)的耦合增益和24%的衍射效率,而在生色团含量较高的样品M2中,耦合增益高达214cm~(-1),衍射效率达31%。 进一步,通过Ullmann缩聚和后重氮偶合反应合成了一种主链含TPD偶氮生色团的聚亚甲基醚多功能光折变聚合物P12。由于主链中引入的亚甲基醚间隔


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