光学材料报告.doc

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1、光学材料报告光学树脂与无机玻璃相比,光学树脂具有质轻、抗冲击、易加工成型、易染色及分子可设计性等优点,已在很多领域代替无机玻璃,被广泛用于建材、光学元件,如透镜、棱镜、光盘及光纤等传统的光学树脂材料有聚甲基丙烯酸甲酯（PMAA）、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）和聚双烯丙基二甘醇碳酸酯（CR-39）。其中甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯的共聚物为一种新型的树脂，其名称为MS；苯乙烯和丙烯氰共聚为另外一种树脂，其名称为NAS。传统树脂材料而言，PMMA具有较高的阿贝数和较低的双折射率，光透过时其色散程度很低，但是其折射率和冲击强度较低。CR-39是早期最成功的光学树脂，具有很高的阿贝数，较好

2、的抗冲击强度，做成树脂镜片可以通过FDA测试（落球实验，美国镜片的检验标准），另外其变性温度很高，有利于镜片的后续加工。但是，折射率太低。PC具有较高的折光指数，但是其阿贝数较低，抗老化性能不好，另外镜片基材较软，不耐磨损。PS尽管有较高的折光率，但是由于其阿贝数较低、抗老化性能差和抗冲击性能差等多种原因，很少单独作为光学镜片的树脂材料，往往都是和其他材料复合使用。目前，使用最多的是MS。MS的折射率高于CR-39，阿贝数也比PC高，且该材料加工制备简单，价格比较便宜。NAS的折射比MS高0.01，但是其阿贝数却更低。另外，丙烯氰的毒性相对较高，所以在光学树脂材料领域用得并不多。折

3、射率和色散是光学材料的基本性能,为使透镜超薄、减小质量和曲率及提高光学装置性能,就必须提高光学材料的折射率。虽然传统光学树脂可适用于大部分的光学领域，然而大多数传统光学树脂的折射率都在1.50左右,折射率变化范围小,可供选择的树脂品种少，越来越难以满足人们对光学元器件高精密度、高性能的要求。因此，研究和开发新型光学树脂，特别是高折射率的光学树脂是目前光学材料研究的主要方向。根据树脂结构与官能团特征,可将高折射率材料分为含硫型、含溴型、环氧型、含硫聚氨酯型、聚酰亚胺型和复合材料型。由于硫元素的引入可有效提高树脂折射率,上述几种树脂中或多或少都引入了硫元素。含硫树脂具有折射率高、色散低

4、、密度小等特点,尤其是它的热光稳定性明显好于含卤树脂。硫元素大多通过巯基与各种官能团的反应引入到树脂中,巯基化合物在高折射率树脂上的广泛应用促使了巯基制备方法的发展与完善,主要有硫脲法、磺酰氯法、热力学重排法、硫钠法及三硫代碳酸法等。目前,众多具有特殊结构的巯基化合物先后被合成出来,且巯基易氧化、有毒、合成较困难,因此巯基化合物的制备已不再是工作中的重点,取而代之的是具有特殊结构的高折射率齐聚物的合成。卤素(除氟外)可提高树脂折射率,其中氯气毒性大,难以操作,且树脂折射率提高有限;含碘树脂折射率高,但不稳定、价格昂贵;而溴为液体,易操作,折射率提高较大,因此卤素中有实用价值的是溴元

5、素。含溴单体的最大应用在于与其他单体共聚,改善树脂的耐热性、尺寸稳定性、耐擦伤性,降低吸水率,并适当提高树脂折射率。环氧树脂因耐热性和耐溶剂性好、收缩率小、易成型、粘结性强等特点而被广泛使用,如用作光学装置的粘合剂,但通用型环氧树脂的折射率较低,纯度不高,很难做到无色透明,限制了它在光学材料方面的应用。向主链中引入硫元素、卤素,将环氧制成环硫等均可提高树脂折射率。其中,环硫化合物的三元环结构张力大、稳定性不好,化合物中的杂质、pH值过高或过低都会引发聚合,不易储存,但环硫树脂具有很高的折射率及优异的性能。环氧树脂在使用时需与固化剂或异氰酸酯配合,固化剂或异氰酸酯的种类决定交联度及化

6、学键类型,因此在制备高折射率树脂时需兼顾固化剂或异氰酸酯的折射率及其对树脂性能的影响。传统光学塑料如PMMA、PC-39的耐磨性和强度都较差,影响了它们在光学器件上的应用,因此耐磨性好、强度大的聚氨酯光学塑料近年来发展较快,特别是含硫聚氨酯,即通过多元硫醇与异氰酸酯或异硫氰酸酯聚合。将含三嗪结构的异硫氰酸酯与均苯三硫酚聚合,所得树脂的折射率竟高达1.80,极大缩小了高折射率树脂与无机材料之间的差距。然而含极性基团的树脂易结晶,透明性差,原料中的小分子会与氰酸根反应放出气体,产生气泡,影响光学性能。因此通过共聚或交联破结晶、除去原料中的水分和其它易挥发的小分子成为制备含硫聚氨酯时的必

7、需步骤。利用异氰酸酯和氨基甲酸酯基等强极性基团与含活泼氢的材料(玻璃等)之间的优良粘附力,有望开发继环氧之后的另一种光学装置粘合剂,该材料具有广阔的应用前景。聚酰亚胺(PI)是一类典型的高性能聚合物,特别是它的热稳定性,可承受苛刻的热处理加工,常被制成耐高温材料。酰胺键是一种极化度很大的官能团,根据Lorentz-Lorenz关系式可知聚酰亚胺具有很高的折射率，因此近年来关于PI薄膜在高折射率方面的研究较多。在这方面做了系统研究,制备出多种新型含硫聚酰亚胺,折射率都在