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未来的信息存储、远程通信、光开关和信号处理等光电子和光子器件的研究与开发将高度依赖于非线性光学(NLO)材料取得的进展。有机聚合物材料由于有着较大的非线性光学系数、良好的光学透明性、易裁剪和加工、介电常数低、超快的响应频率和价格低廉等优点,使它在光子器件和集成方面有着极大的潜在应用价值,成为近年来科技界备受关注的非线性光学材料。目前有机聚合物材料的研究主要集中在各种新型发色团分子的合成、宏观非对称有机聚合物的设计及聚合物的热稳定性等方面。本研究工作主要包括以下三部分:
1.合成了苯并噻唑类衍生物NLO生色分子,以6FHP和PMDA为单体,合成了聚酰亚胺,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。将制得的聚酰亚胺/SiO2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γ33最高达33pm/V,且衰减缓慢,基本能满足器件化要求。
2.以二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)和分散红-19(DR-19)合成含染料发色团的聚氨酯,进一步和二酐单体均苯四甲酸酐(PMDA)缩合生成具有光学性能的聚氨酯-酰亚胺(PUI);采用UV-Vis、FT-IR、示差量热扫描(DSC)、热失重分析(TGA)等手段对合成的PUI进行了表征。示差扫描量热和热失重分析结果显示具有很好的热稳定性;测定了聚合物的发色团密度,其结果和理论计算值非常接近,表明聚合反应是按计量进行的;研究了聚合物材料的三阶非线性光学系数、在不同光源作用下的热光性能;这些参数对于材料的光学应用具有重要意义,特别是它们的折射率可调控对聚合物光学器件的研制具有重要指导作用。
3.合成了含偶氮苯生色团的聚电解质(PNBAPA)。研究了PNBAPA在紫外光诱导下的光异构化行为,结果表明,它们在一定波长(254nm)紫外光诱导下均能发生光致变色现象;采用衰减全反射(attenuated total reflection,ATR)技术,测定PNBAPA聚合物薄膜在650nm和不同温度时的折射率,得到了相应的热光系数(dn/Dt),其值为-2.4514×104℃-1,结果表明,PNBAPA对于实现偶氮材料的永久光致双折射、永久光存储和热光开关具有一定的意义。