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偶氮类聚合物由于其独特的光学性能而受到广泛的关注。偶氮聚合物最重要的功能之一就是偶氮基团的光致顺反异构效应,在通常条件下,偶氮聚合物的顺式结构不稳定,分子大多是处于反式异构体状态,在某一频率的光照射下,反式偶氮分子可以转变为顺式结构,顺式结构的分子不稳定,可以通过另一频率的光照射或者加热等方法,转变为反式结构。近年来,聚合物弱光全光开关材料成为了研究的热点,要实现良好的全光开关效应,材料必须具备良好的非线性性能,这就要求材料具有良好的中心不对称性。在微观的尺度上,可以通过在生色团分子上引入推拉电子基团上实现其中心不对称性;在宏观尺度上,可以通过引入手性单元来实现其中心不对称性。
本文采用重氮偶合反应设计合成了含有手性单元和推拉电子基团的的偶氮生色团分子,进一步制备偶氮聚丙烯酸酯类聚合物,并对合成的聚合物的结构进行了表征,测定了其熔点、旋光度、溶解性等物理性质,同时研究了聚合物的热稳定性及其热光性能。
(1)采用重氮偶合的方法合成了偶氮苯生色团,再将偶氮苯生色团通过化学键键连到丙烯酸酯分子上,再进行聚合反应。设计合成了含有手性单元和推拉电子基团的偶氮聚丙烯酸酯类聚合物,并对合成的聚合物进行红外、紫外、DSC分析。DSC分析表明,其玻璃化转变温度较高,具有较好的热稳定性。实验还测定了聚合物材料在复合光光照射下的折射率(n)和热光系数(dn/dT),通过热光系数的测量,计算了聚合物的介电常数(ε)、介电热光系数(dε/dT)、体积热膨胀系数(β)和(dβ/dT)值。
(2)采用重氮-偶合反应方法合成偶氮苯生色团,与聚丙烯酸酯进行加聚合成聚合物。采用衰减全反射(ATR)技术测定了聚合物材料薄膜在650nm波长和不同温度处的折射率(n),通过计算得出材料的热光系数(dn/dT),进一步研究了材料的介电常数在相应温度范围的变化(dε/dT),结果表明,该聚合物材料对研制新型数字热光开关材料具有一定的意义。
(3)合成了一种新的含双偶氮基团的非线性生色团有机分子,应用物理掺杂方法制备以聚丙烯酸酯为主体材料、以偶氮苯生色团为客体材料的光学聚合物。研究了该聚合物薄膜在紫外光诱导下的光异构化及回复异构化行为,结果表明,它们在一定波长(365nm)紫外光诱导下均能发生光致变色现象。采用ATR技术,测定了材料在不同波长和不同温度处的折射率(n),得到了相应的热光系数(dn/dT)。由Sellmeyer色散方程得到了聚合物体系折射率的色散曲线和Sellmeyer系数。结果表明,该材料对研制新型数字热光和全光开关具有一定的意义。