《光敏型高分子》PPT课件

《《光敏型高分子》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第十一章光敏型高分子§11.1光敏高分子材料概述§11.2感光性高分子材料§11.3光能转换高分子材料§11.4光功能高分子材料§11.5高分子非线性光学材料§11.1光敏高分子材料概述光敏高分子材料是指在光的作用下能够表现出特殊性能的聚合物，是功能高分子材料中的重要一类，包括的范围很广，如光致抗蚀剂、高分子光敏剂、光致变色高分子、光导电高分子、光导高分子、高分子光稳定剂和高分子光电子器件等功能材料。本章将对光敏高分子材料的作用机理、研究方法、制备技术和实际应用等方面的内容进行讨论。11.1.1高分子光物理和光化学原理光（包括可见光、紫外光和红外光）是光敏高分子材料研究的主要对象，因为光敏高

2、分子材料各种功能的发挥都与光的参与有关。从光化学和光物理原理可知，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，这种变化可以是化学的，如光聚合反应或者光降解反应，我们称研究这种现象的科学为光化学。变化也可以是物理的，如光致发光或者光导电现象，我们称研究这种现象的科学为光物理。研究在高分子中发生的这些过程的科学我们分别称其为高分子光化学和高分子光物理。11.1.1.1光吸收和分子的激发态光是一种特殊物质，具有波粒二相性。同时光具有能量，是地球上生物赖以生存的基础。其能量表达式为：式中E为能量，h是plank常数，υ是光的振动频率，λ为光的波长，

3、c为光在真空中传播速度。由此可以看出，不同波长的光具有不同能量。当光照到物质表面时，其能量可能被物质吸收，在物质内部消耗或转化，也可能发生透过或者反射，在物质内部不发生实质性变化。物质对光的吸收程度可以用Beer-Lambert公式表示：或式中I0为入射光强度，I为透射光强度，c为分子浓度，l为光程长度，ε为摩尔消光系数(亦称摩尔吸光系数)，表示该种物质对光的吸收能力。光的吸收需要一定的分子结构条件，分子中对光敏感，能吸收紫外和可见光的部分被称为发色团。当光子被分子的发色团吸收后，光子能量转移到分子内部，引起分子电子结构改变，外层电子可以从低能态跃迁到高能态，此时我们称分子处于激发态，激发态

4、分子具有的能量称为激发能。激发态的产生与光子能量和光敏材料分子结构有对应关系。只有满足特定条件激发态才会产生。激发态是一种不稳定状态，很容易继续发生化学或者物理变化。同时，处在激发态的分子其物理和化学性质与处在基态时也有不同。11.1.1.2激发能的耗散分子吸收光子后从基态跃迁到激发态，获得的激发能有三种可能的转化方式，即：（1）发生光化学反应；（2）以发射光的形式耗散能量；（3）通过其它方式转化成势能。后两种方式称激发能的耗散。激发能耗散的方式有许多种，它们遵循Jablonsky光能耗散图（见图11-1）。图11-1中符号abs表示光吸收过程，吸收光后电子跃迁到激发态。fl为荧光过程，吸收

5、的能量以荧光发射方式耗散，激发态电子回到基态。vr为振动弛豫，ic为热能耗散，通过分子间的热碰撞过程失去能量回到基态。isc为级间窜跃，此时表示单线激发态电子转移到三线激发态，pHos为磷光过程，电子从三线激发态回到基态，能量以磷光发射形式耗散。S表示单线态，T表示三线态。11.1.1.3光量子效率物质分子在吸收光后跃迁至激发单线态后，从激发态开始的转变过程有多种，光量子效率被用来描述荧光过程或磷光过程中光能利用率，其定义为物质分子每吸收单位光强度后，发出的荧光强度与入射光强度的比值称为荧光效率；发出的磷光强度与入射光强度的比值称为磷光量子效率：式中Φ为荧光量子效率，F为荧光强度，q为光源在

6、激发波长处输出的光强度，A为分子在该波长处的吸光度。量子效率与分子的结构关系密切。饱和烃类化合物中σ电子跃迁需要较高的能量，消光系数小，因此很少有荧光现象。脂肪族羰基化合物具有能量较低的n-π跃迁，有时偶尔能够在紫外区和可见光区发现荧光发射现象。但是大多数这类分子的荧光量子效率较低，因此观察不到荧光现象。而另外一些分子，如具有共轭结构的分子体系，特别是许多芳香族化合物其量子效率较高，多数大于0.1，可以比较容易地观察到荧光现象，因此多为荧光物质。对于磷光过程可以用类似的表达式表达。磷光物质一般要求具有稳定的三线激发态，芳香性醛酮多有磷光性质。表11-1为芳香族化合物的荧光量子效率化合物Φ值入

7、射光波长，nm发射光波长，nm发射光色调苯0.11205278紫外萘0.29286321紫外蒽0.46365400蓝并四苯0.60390480绿并五苯0.52580640红表11-1芳香族化合物的荧光量子效率化合物中的取代基对量子效率有一定影响，卤素取代基可以降低荧光量子效率，使磷光量子效率增加，原因在于这类取代基增加了级间窜跃效率。对于芳香类化合物，邻、对位取代基倾向于提高荧光的量子效率，间位取代基多降低化