高分子材料的光学性能范文

高分子材料的光学性能篇1

关键词:高分子材料 化学 分子

中图分类号:U465.4文献标识码:A

高分子材料:macromolecular material,以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料,包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料,高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。

一、按特性分析高分子材料

高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。

①橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。其分子链间次价力小,分子链柔性好,在外力作用下可产生较大形变,除去外力后能迅速恢复原状。有天然橡胶和合成橡胶两种。

②高分子纤维分为天然纤维和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子为原料,经过纺丝和后处理制得。纤维的次价力大、形变能力小、模量高,一般为结晶聚合物。

③塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分,再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得。其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料;按用途又分为通用塑料和工程塑料。

④高分子胶粘剂是以合成天然高分子化合物为主体制成的胶粘材料。分为天然和合成胶粘剂两种。应用较多的是合成胶粘剂。

⑤高分子涂料是以聚合物为主要成膜物质,添加溶剂和各种添加剂制得。根据成膜物质不同,分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。⑥高分子基复合材料是以高分子化合物为基体,添加各种增强材料制得的一种复合材料。它综合了原有材料的性能特点,并可根据需要进行材料设计。

二、现代新型高分子材料

高分子材料包括塑料,尽管高分子材料因普遍具有许多金属和无机材料所无法取代的优点而获得迅速的发展,但目前业已大规模生产的还是只能寻常条件下使用的高分子物质,即所谓的通用高分子,它们存在着机械强度和刚性差、耐热性低等缺点。而现代工程技术的发展,则向高分子材料提出了更高的要求,因而推动了高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展,这样就出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。

1.高分子分离膜

高分子分离膜是用高分子材料制成的具有选择性透过功能的半透性薄膜。采用这样的半透性薄膜,以压力差、温度梯度、浓度梯度或电位差为动力,使气体混合物、液体混合物或有机物、无机物的溶液等分离技术相比,具有省能、高效和洁净等特点,因而被认为是支撑新技术革命的重大技术。膜分离过程主要有反渗透、超滤、微滤、电渗析、压渗析、气体分离、渗透汽化和液膜分离等。用来制备分离、渗透汽化和液膜分离等。用来制备分离膜的高分子材料有许多种类。现在用的较多的是聚枫、聚烯烃、纤维素脂类和有机硅等。膜的形式也有多种,一般用的是平膜和空中纤维。推广应用高分子分离膜能获得巨大的经济效益和社会效益。例如,利用离子交换膜电解食盐可减少污染、节约能源:利用反渗透进行海水淡化和脱盐、要比其它方法消耗的能量都小;利用气体分离膜从空气中富集氧可大大提高氧气回收率等。

2.高分子磁性材料

高分子磁性材料,是人类在不断开拓磁与高分子聚合物的新应用领域的同时,而赋予磁与高分子的传统应用以新的涵义和内容的材料之一。早期磁性材料源于天然磁石,以后才利用磁铁矿(铁氧体)烧结或铸造成磁性体,现在工业常用的磁性材料有三种,即铁氧体磁铁、稀土类磁铁和铝镍钴合金磁铁等。它们的缺点是既硬且脆,加工性差。为了克服这些缺陷,将磁粉混炼于塑料或橡胶中制成的高分子磁性材料便应运而生了。这样制成的复合型高分子磁性材料,因具有比重轻、容易加工成尺寸精度高和复杂形状的制品,还能与其它元件一体成型等特点。

3.光功能高分子材料

光功能高分子材料,是指能够对光进行透射、吸收、储存、转换的一类高分子材料。目前,这一类材料已有很多,主要包括光导材料、光记录材料、光加工材料、光学用塑料、光转换系统材料等。光功能高分子材料在整个社会材料对光的透射,可以制成品种繁多的线性光学材料,又可以开发出非线性光学元件,如储存元件兴盘的基本材料就是高性能的有机玻璃和聚碳酸脂。此外,利用高分子材料的光化学反应,可以开发出在电子工业和印刷工业上得到广泛使用的感光树脂、光固化涂料及粘合剂;利用高分子材料的能量转换特性,可制成光导电材料和光致变色材料;利用某些高分子材料的折光率随机械应力而变化的特性,可开发出光弹材料,用于研究力结构材料内部的应力分布等。

4.高分子复合材料

高分子材料和另外不同组成、不同形状、不同性质的物质复合粘结而成的多相材料。高分子复合材料最大优点是博各种材料之长,如高强度、质轻、耐温、耐腐蚀、绝热、绝缘等性质,根据应用目的,选取高分子材料和其他具有特殊性质的材料,制成满足需要的复合材料。高分子复合材料分为两大类:高分子结构复合材料和高分子功能复合材料。以前者为主。高分子结构复合材料包括两个组分:①增强剂。为具有高强度、高模量、耐温的纤维及织物,如玻璃纤维、氮化硅晶须、硼纤维及以上纤维的织物。②基体材料。主要是起粘合作用的胶粘剂,如不饱合聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺等热固性树脂及苯乙烯、聚丙烯等热塑性树脂,这种复合材料的比强度和比模量比金属还高,是国防、尖端技术方面不可缺少的材料。

三、高分子材料的合成与加工

高分子材料在加工之前,要先进行合成,把单体合成为聚合物进行造粒,然后才进行熔融加工。高分子材料的合成方法有本体聚合、悬浮聚合、乳液聚合和溶液聚合。这其中引发剂起了很重要的作用,偶氮引发剂和过氧类引发剂都是常用的引发剂,高分子材料助剂往往对高分子材料性能的改进和成本的降低也有很明显的作用。

高分子材料的光学性能篇2

1.1双体复合材料双体复合材料可以通过工业处理将纳米粒子均匀的分散到二维薄膜材料中，粒子在弥散过程中会产生均匀或不均匀两种分布状态，这两种分布状态的复合结构都具有一定的稳定性。均匀和非均匀弥散状态的薄膜基体表现出的层状结构具有明显的差异性，纳米粒子分散混乱的材料的构成层级种类很多，分散有序、均匀的材料层级种类较少。1.2　多体复合材料多体复合材料可以通过工业处理将纳米粒子均匀的分散到三维固体中，纳米粒子会通过外力作用，深入固体组织结构，改变其分子集团的分布情况，进而影响三维固体的物理性能和化学性能。多体复合材料的应用前景非常好，是当今纳米材料科研工作者研究的重点问题。

2纳米复合材料发展趋势分析

2.1纳米复合涂层材料纳米复合涂层材料的化学性质稳定，并且柔韧性好、硬度高、耐腐蚀性强，在工程材料表面涂抹这种防护材料不仅可以防止工程材料的破损，还能增加工程材料的防护功能。随着现代工业技术的发展，复合涂层材料得到了显著发展，单一纳米结构逐渐转变为多层纳米结构。美国著名纳米工程材料研究专家普修斯于2012年成功研制出了复合涂层纳米材料，这类纳米材料的抗氧化性能非常好，可以在高温条件下保持不褪色、不热化。对其材料进行强度检测可发现，该材料的涂层硬度高达20.SGpa，是碳钢强度的35倍。具体工艺流程如下：首先，用激光蒸发法去除钢表面的纳米结构，将金刚石纳米粒子涂抹在钢表面；之后，重复上述工艺步骤，在钢表面上涂抹两层金刚石纳米粒子；最后，在高温条件下对钢表面材料进行挤压复合。经过多次挤压，纳米复合涂层材料就此形成，经过加工，钢材料的硬度提高了23.4倍。2.2　高力学性能材料高力学性能是突出材料的强度、硬度等物理性能，工程材料经过力学改性之后，其物理性质会发生翻天覆地的变化。对原始材料进行改性实验虽然在一定程度可以提高材料的某些力学性能，但这种性能的提升具有很强的局限性，并不能真实的体现出材料的力学极限。经过纳米复合材料改性，高力学性能材料得到了非常显著的研究成果。高力学性能材料发展趋势，主要表现在以下几个方面：（1）高强度合金。采用晶化法可以大大提升纳米复合合金材料的力学性能，对金属进行纳米复合实验，可以将材料转变成复合型纳米金属，如将铝进行纳米复合实验，铝会转化为过度族金属，这种金属结构的延展性和强度非常高。（2）陶瓷增韧。纳米粒径很小，所以纳米粒子很容易就可渗透到细小分子结构中，粘合关联性并不紧密的各分子基团。在陶瓷增韧领域纳米复合材料起到了很好的促进作用，在碳化硅粉末中加入粒径为10μm的碳化硅粗粉，在高温高压条件下进行合成，合成之后碳化硅的物理性质会发生很大的改变，煅烧后的陶瓷材料的柔韧性明显增强了，断裂韧性提高了34.23%。2.3　高分子基纳米复合材料高分子材料近几年在我国工业领域应用十分广泛，高分子材料的物理性能稳定且可塑性好，所以在装饰行业中的发展前景非常广阔。采用纳米复合方式结合高分子基是我国纳米工程材料正在研究探讨的重要课题，目前我国科研专家已初步完成了部分高分子基纳米复合材料的研制工作。具体表现在：将铁和铜粉末按照4:5的比例进行研磨，研磨均匀后用高粒子显微仪器提取铁铜合金粉体，通过显微镜观察可知这种粉体的晶体结构稳定，晶粒间的距离很短。这种粉体和环氧树脂基团进行复合实验可以研制出高强度的金刚石材料，并且其材料还具有很强的静电屏蔽性能。2.4　磁性材料磁性材料是我国工业材料中研究难度最大的课题之一，因为磁性材料的电磁环境不好判断，所以在应用时经常会遇到复合材料因磁性过大导致使用。随着纳米复合材料的研发和投入使用，磁性材料将进入全新的发展阶段。人们在颗粒膜中发现了巨磁阻效应，纳米粒子在空间流动会被周围磁场带入顺磁基体当中，空间中的铜、铁、镍等磁性粒子都会附着在纳米粒子上。经过金属粒子和纳米粒子的复合，颗粒膜材料不仅会拥有强大的电磁感应，还会具有较高的耐热性能。2.5光学材料传统光学材料的综合应用能力很差，其材料的物理性能大多只能满足导电性和导热性，其硬度和稳定性都很差。纳米复合材料诞生之后，人们逐渐找到了纳米粒子的发光原理。不发光的工程材料当减小到纳米粒子大小时，其粒子周围会因光色折射产生一定的光。在可见光范围内这些粒子会不断产生新的光，虽然这些材料的纳米粒子发出的光并不明显，且稳定度也很差，但是科研专家可以从这方面入手，研究纳米复合材料的发光性能。将具有代表性的工程材料作为可发光体，并对其分子结构转化为纳米粒子大小的发光体系，探讨如何提高其发光强度、完善其结构发光性能。由此可见，纳米复合很可能为开拓新型发光材料提供了一个途径。纳米材料的光吸收和微波吸收的特性也是未来光吸收材料和微波吸收材料设计的一个重要依据。

3结语

通过上文论述可知，利用纳米粒子超强的附着能力，可以将纳米工艺和传统材料有机的结合在一起，这种复合型纳米材料具有重要发展意义。当今社会纳米复合材料的研究价值最高，其不仅在材料研究领域占有重要地位，在企业的发展中也是不可或缺的重要组成。

高分子材料的光学性能篇3

关键词：纳米复合材料；工程材料；光学材料；磁性材料

中图分类号：TB33 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）06-0007-02进入21世纪，各领域对高性能材料的依赖程度越来越高，纳米材料是一种应用性能很高的工程材料，其应用范围非常广泛。2008年，美国举办了材料科学学会，会议指出：“纳米材料工程将成为21世纪工程材料的重要组成部分。”纳米复合材料是纳米工程材料的重要分支，目前，很多企业已纷纷将技术研发目标转向纳米复合材料，并逐渐加大研究力度，扩大技术应用范围。

1 纳米复合材料理论概述

通过对纳米复合材料进行系统分析可知，可以按照材料性质将其划分为三种类型。

1.1 单体复合材料

单体符合材料是不同种类、成分的纳米粒子经过工业处理复合而成的，这种纳米固体的物理结构非常稳定，且化学性质也很可靠。因为组成成分少，所以单体复合材料纳米粒子的复合最完全，其分子结构之间的基团链不会随温度、压力的变化而变化。

1.2 双体复合材料

双体复合材料可以通过工业处理将纳米粒子均匀的分散到二维薄膜材料中，粒子在弥散过程中会产生均匀或不均匀两种分布状态，这两种分布状态的复合结构都具有一定的稳定性。均匀和非均匀弥散状态的薄膜基体表现出的层状结构具有明显的差异性，纳米粒子分散混乱的材料的构成层级种类很多，分散有序、均匀的材料层级种类较少。

1.3 多体复合材料

多体复合材料可以通过工业处理将纳米粒子均匀的分散到三维固体中，纳米粒子会通过外力作用，深入固体组织结构，改变其分子集团的分布情况，进而影响三维固体的物理性能和化学性能。多体复合材料的应用前景非常好，是当今纳米材料科研工作者研究的重点

问题。

2 纳米复合材料发展趋势分析

2.1 纳米复合涂层材料

纳米复合涂层材料的化学性质稳定，并且柔韧性好、硬度高、耐腐蚀性强，在工程材料表面涂抹这种防护材料不仅可以防止工程材料的破损，还能增加工程材料的防护功能。随着现代工业技术的发展，复合涂层材料得到了显著发展，单一纳米结构逐渐转变为多层纳米结构。美国著名纳米工程材料研究专家普修斯于2012年成功研制出了复合涂层纳米材料，这类纳米材料的抗氧化性能非常好，可以在高温条件下保持不褪色、不热化。对其材料进行强度检测可发现，该材料的涂层硬度高达20.SGpa，是碳钢强度的35倍。具体工艺流程如下：首先，用激光蒸发法去除钢表面的纳米结构，将金刚石纳米粒子涂抹在钢表面；之后，重复上述工艺步骤，在钢表面上涂抹两层金刚石纳米粒子；最后，在高温条件下对钢表面材料进行挤压复合。经过多次挤压，纳米复合涂层材料就此形成，经过加工，钢材料的硬度提高了23.4倍。

2.2 高力学性能材料

高力学性能是突出材料的强度、硬度等物理性能，工程材料经过力学改性之后，其物理性质会发生翻天覆地的变化。对原始材料进行改性实验虽然在一定程度可以提高材料的某些力学性能，但这种性能的提升具有很强的局限性，并不能真实的体现出材料的力学极限。经过纳米复合材料改性，高力学性能材料得到了非常显著的研究成果。高力学性能材料发展趋势，主要表现在以下几个方面：

（1）高强度合金。采用晶化法可以大大提升纳米复合合金材料的力学性能，对金属进行纳米复合实验，可以将材料转变成复合型纳米金属，如将铝进行纳米复合实验，铝会转化为过度族金属，这种金属结构的延展性和强度非常高。

（2）陶瓷增韧。纳米粒径很小，所以纳米粒子很容易就可渗透到细小分子结构中，粘合关联性并不紧密的各分子基团。在陶瓷增韧领域纳米复合材料起到了很好的促进作用，在碳化硅粉末中加入粒径为10μm的碳化硅粗粉，在高温高压条件下进行合成，合成之后碳化硅的物理性质会发生很大的改变，煅烧后的陶瓷材料的柔韧性明显增强了，断裂韧性提高了34.23%。

2.3 高分子基纳米复合材料

高分子材料近几年在我国工业领域应用十分广泛，高分子材料的物理性能稳定且可塑性好，所以在装饰行业中的发展前景非常广阔。采用纳米复合方式结合高分子基是我国纳米工程材料正在研究探讨的重要课题，目前我国科研专家已初步完成了部分高分子基纳米复合材料的研制工作。具体表现在：将铁和铜粉末按照4：5的比例进行研磨，研磨均匀后用高粒子显微仪器提取铁铜合金粉体，通过显微镜观察可知这种粉体的晶体结构稳定，晶粒间的距离很短。这种粉体和环氧树脂基团进行复合实验可以研制出高强度的金刚石材料，并且其材料还具有很强的静电屏蔽性能。

2.4 磁性材料

磁性材料是我国工业材料中研究难度最大的课题之一，因为磁性材料的电磁环境不好判断，所以在应用时经常会遇到复合材料因磁性过大导致使用。随着纳米复合材料的研发和投入使用，磁性材料将进入全新的发展阶段。人们在颗粒膜中发现了巨磁阻效应，纳米粒子在空间流动会被周围磁场带入顺磁基体当中，空间中的铜、铁、镍等磁性粒子都会附着在纳米粒子上。经过金属粒子和纳米粒子的复合，颗粒膜材料不仅会拥有强大的电磁感应，还会具有较高的耐热性能。

2.5 光学材料

传统光学材料的综合应用能力很差，其材料的物理性能大多只能满足导电性和导热性，其硬度和稳定性都很差。纳米复合材料诞生之后，人们逐渐找到了纳米粒子的发光原理。不发光的工程材料当减小到纳米粒子大小时，其粒子周围会因光色折射产生一定的光。在可见光范围内这些粒子会不断产生新的光，虽然这些材料的纳米粒子发出的光并不明显，且稳定度也很差，但是科研专家可以从这方面入手，研究纳米复合材料的发光性能。将具有代表性的工程材料作为可发光体，并对其分子结构转化为纳米粒子大小的发光体系，探讨如何提高其发光强度、完善其结构发光性能。由此可见，纳米复合很可能为开拓新型发光材料提供了一个途径。纳米材料的光吸收和微波吸收的特性也是未来光吸收材料和微波吸收材料设计的一个重要依据。

3 结语

通过上文论述可知，利用纳米粒子超强的附着能力，可以将纳米工艺和传统材料有机的结合在一起，这种复合型纳米材料具有重要发展意义。当今社会纳米复合材料的研究价值最高，其不仅在材料研究领域占有重要地位，在企业的发展中也是不可或缺的重要组成。

参考文献

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高分子材料的光学性能篇4

【关键词】无机非金属材料；分类；前景

当前我国的建筑行业面临着严峻的能源挑战，因此必须寻找可以进行利用的节能材料。经过探寻，发现无机非金属材料在这方面很有优势，是实现节能的理想材料。无机非金属材料的涵盖了除了金属材料和高分子材料之外的几乎所有材料领域，通常无机非金属材料具有抗高温、硬度强以及耐腐蚀等优点，但也会出现强度差、韧性不良等缺点。

1无机非金属材料在经济发展中的作用

1.1为信息技术革命奠基

人类的发展经历了诸多时代，现在正处于一个信息化高度发展的科技时代，每个时期的发展都与材料有着密切的联系。从这个角度讲，材料贯穿了人类的发展进程，是社会发展的标志性因素。在高科技背景下，无机非金属材料成为了社会发展的基础。

1.2支撑现代文明

无机非金属材料具有体轻、硬度和强度较高、抗高温、抵制腐蚀等优良特性，因而具有金属和高分子材料所无法比拟的优势，在航天、微电子以及海洋事业中大放异彩，在高科技的竞争领域中占据重要地位、起到重要的作用。

1.3可以促进经济发展

事实证明，每次无机非金属材料的重大进展都会引发一次重大变革，比如玻璃钢、芳纶纤维等材料的产生，使得火箭的外部材料发生了革新，这种效应也扩散到汽车和飞机等领域。光学纤维的横空出世，让广播电视、邮电通讯以及医学等领域出现了飞跃性的进步，这种推动效应还扩散到了印刷和自动检测等领域当中。

2无机非金属材料的分类

2.1依据分子结构划分

无机非金属材料总体上依据分子结构可以划分晶体和非晶体两大类，晶体可以分为单晶和多晶，两者都可以分为单质和化合物两个类型。单晶的单质具体有单晶硅、金刚石、集成电路材料以及工具材料；单晶的化合物可以分为碲化铋、电子器件以及半导体敏感材料。

多晶的单质可以分为多晶硅、烧结金刚石、光电材料以及工具材料。其在化合物方面可以分为传统陶瓷、新型陶瓷以及自然石料三个方面；传统陶瓷又可以分为日用陶瓷、建筑陶瓷、美术陶瓷以及耐火材料四个方面；新型陶瓷中的结构陶瓷则可以分为耐高温材料、耐腐蚀材料、耐磨损材料、耐冲击材料和硬度材料。其功能陶瓷则可以分为电子功能材料、光学功能材料和生物功能材料；自然石料则可以分为装饰材料、建筑材料以及日用器皿。

非晶体主要指的是玻璃，玻璃可以分为单质玻璃和化合物玻璃。单质玻璃有无定形硅和生物玻璃两种；化合物玻璃则分为日用玻璃和功能玻璃；功能玻璃包括导光透光玻璃、电学功能玻璃、热湿等敏感玻璃以及生物玻璃。

2.2依据化学成分划分

总体可以分为单质和化合物两大类。单质分为单晶硅，如金刚石、集成电路以及工具领域等使用；多晶硅如多晶石墨、光电材料和电极等；单质硒玻璃如敏感材料；无定形碳包括生物膜材料和导电材料等。

化合物则包括氧化物、非氧化物以及多元化合物。氧化物分为二氧化铝和二氧化锆、非氧化物分为氮化硅和氮化铝；多元化合物分为生物玻璃和钛酸钡。

2.3依据功能划分

总体可分为工程材料和功能材料。工程材料可以分为高强高韧材料、耐高温抗热震材料、耐磨耐腐蚀材料各种界面材料以及其他材料；功能材料分为电学材料、光学材料和生物材料三种；电学材料可以分为压电材料、磁性材料、电导材料、热电材料、电子材料以及敏感材料；光学材料可以分为导光材料、透光材料和光信息材料；生物材料则可以分为生物惰性材料、生物体内可控表面活性材料、生物体内可吸收材料。

3无机非金属材料的分类的展望

按照其类型逐一展望。

3.1新型玻璃

新型玻璃应该在传统工艺基础上运用溶胶-凝胶、CVD、超急冷以及失重等工艺，通过各种微观方法实现新型玻璃领域的突破。

3.1.1新型的激光玻璃

未来会生产出输出功率更为强悍、性能品质更加优良的掺饵玻璃以及磷酸盐类型的激光玻璃，还有更新的激光放大纤维等材料。

3.1.2光集成电路玻璃

其制作方法为离子交换法，制成的成品玻璃成分包含Feo、Ce203等，本身能散发出磁光以及热光等效应。

3.1.3超平玻璃

这种玻璃主要的应用范围为光存储器，还可以应用在光磁存储器和大型液晶显等基板上面，对于那些大规模以及特大规模类型的光掩用途模板也起到较大作用。

3.2高性能陶瓷

这种陶瓷材料在性能上体现出极强的优点，比如能够抵抗高温、强度和硬度系数都很高等，因而在航天和电子领域被广泛应用。

3.2.1结构陶瓷

制作材料为碳化硅、氧化铝以及莫来石等，改进措施为增加韧性、改善纤维强度，对材料的内部构成进行调节，使之具有坚硬、耐磨、抗腐蚀等特性，可以对轴承、不锈钢等材料进行更新换代，可直接制作成发动机和电极材料等进行运用，具有使用延长寿命、节能等效果。

3.2.2功能陶瓷

其在功能方面起到的作用为绝缘、坚硬、光敏和热敏等，可以用在压电元件和磁记录存储等领域，使其成为促进信息产品容量扩大、密度增大的有力武器。

3.3人工晶体

这个材料的应用范围很广，而且前进步伐迅速。晶体原有形态和功能以及用途不断被刷新，而且新型的晶体也在不断地取代传统类型晶体，比如金刚石之所以被广泛应用就是因为其在硬度方面体现出超高的性能，其实它还具有高导热的特殊功能，可以利用这个方面将其当做热沉材料进行应用，使其具有半导体功能，让其在信息技术领域得到应用。人造水晶原本是用来发挥压电效能的，但是经过对其功能进行探索，其应用领域也变得开阔，当前还应用在延迟线以及表面波器件之中。另外，可以对辐射产生抵抗功能的水晶还被广泛地应用在航空航天领域，甚至可以在军事领域发挥出很大作用。

4总结

无机非金属材料在高科技领域占有重要地位，是伴随高科技进步而出现的朝阳产业，具有很强的发展潜力和生命力，必定在将来的竞争中脱颖而出，因此已经受到各方面的重视。本文分（下转第129页）（上接第119页）析了无机非金属材料在经济发展中的地位，详细地对其分类进行解读，展望了其应用前景。

【参考文献】

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高分子材料的光学性能篇5

关 键 词：蒽衍生物；有机电致发光；材料研究进展

中图分类号: O625.1; TN383.1文献标识码：A

Progress in Anthracene-based Electroluminescent Materials

XUE Yun-na, CHAI Sheng-yong, BIE Guo-jun, LIU Bo, GAN Ning

(Department of Optoelectronic Materials, Xi'an Modern Chemistry Research Institute,

710065, Xi'an, China)

Abstract: Organic Light-emitting Diode(OLED), possessing many kind of advantages, and market competitive potentials over LCD and PDP et al, is called the third generation display technology. In the OLED research filed, the light-emitting materials are always being focused on. Since anthracene derivatives have rigid structure, wide energy gaps and high fluorescent quantum efficiency, a great deal of anthracene-based electroluminescent mate-rials have been developed till now. The progress of anthracene-based electroluminescent materials is reviewed according to the molecular structures and light-emitting properties. The research ideas on new anthracene-based electroluminescent materials are also suggested.

Keywords: anthracene derivatives; organic electroluminescence; materials developing progress

引言

有机电致发光(OEL)是指有机材料在电场作用下，受到电流和电场的激发而发光的现象。有机电致发光二极管(OLED)是利用这种现象实现显示的新一代显示技术。自1987年美国Kodak公司的Tang C W 和Vanslyke S A 制作了第一个性能优良的有机电致发光器件以来，有机电致发光显示由于其具有的优点引起了人们的极大兴趣[1]。有机电致发光显示技术与现有的液晶、等离子平板显示技术相比，具有结构简单、主动发光、高亮度、高效率、视角大、响应速度快、低压直流驱动等诸多优点。随着研究工作的深入，OLED作为新一代平板显示技术具有极大的市场潜力和竞争力。在OLED的研究中，材料起着决定性的作用。OLED中用到的材料主要有空穴注入材料、空穴传输材料、发光材料、电子传输材料及电子注入材料等。而发光材料是其中的主要材料[2]。国内外很多研究机构、企业为不断提高发光材料的综合性能进行了大量的研究工作，取得了丰富的研究成果。但目前的材料性能仍不能满足OLED对使用寿命和稳定性的要求，开发综合发光性能优异的发光材料一直是该材料研究的重点。

发光材料根据分子量大小分为小分子和高分子材料；根据发光类型分为荧光和磷光材料。在各种有机电致发光材料中，蒽单晶于1963年首次用作有机电致发光材料[3]。蒽具有较高的荧光量子效率，在其9、10位或其它位碳原子进行取代修饰，可以得到多种发光材料。蒽类发光材料已成为有机电致发光材料中重要的一类。本文对蒽类电致发光材料按小分子和高分子发光材料进行分类综述。通过探讨现有的蒽衍生物结构对其综合发光性能的影响，以期找到新材料的开发思路。

1蒽类小分子电致发光材料

小分子材料具有化学修饰性强、取代基选择范围广、易于提纯及荧光量子效率高等优点，因此关于蒽类小分子发光材料的研究工作较多。蒽类小分子电致发光材料按骨架分主要有芳基取代蒽、芳胺基取代蒽、乙烯基取代蒽、苯乙炔基取代蒽、金属配合物及其它蒽衍生物发光材料。

1.1芳基取代蒽

1.1.19,10-二苯基蒽(DPA)及其衍生物

9,10-二苯基蒽(DPA)（图1(a)）有高的荧光量子效率(0.95)，但成膜性较差，当单独用作发光层时，在器件中容易再结晶[4]。Kang等[5]以DPA为发光材料与BCP掺杂制作OLED器件[ITO/a-NPD/ BCP:DPA/AlQ3/LiF/Mg:Ag]，取得了较好的效果。

研究者们通过在DPA的苯基上引入不同的取代基团制备了多种DPA衍生物发光材料。Kodak公司研究组基于芳基对DPA的取代，设计了一系列专利[6]蓝光材料。典型化合物如9,10-双(3',5'-二苯基)苯基蒽(JBEM)（图1(b)）。蒋雪茵等[7]用JBEM作主体材料，用作掺杂剂制备了性能相对稳定的电致发光器件。苯乙烯基修饰的典型化合物有BDSA（图1(f)）[8]和DPVPA（图1(e)），后者在专利[9]中被保护，但没有具体性能报道。National Chiao Tung大学的OLED实验室[10]报道了以DPVPA为发光材料制备了性能较好的OLED。此外，还有人利用芳胺[11]及咔唑[12-15]较好的空穴传输能力来合成出空穴传输性能好的发光材料（图1(e)、(f)）。硅基作为近几年研究较多的取代基也被引入DPA骨架[8,16]（图1(g)、(h)）。其中BTSA（图1(h)）由于硅基上的苯环位阻效应，使取代基团扭转，降低了分子内共轭程度，得到高纯度的蓝光。

1.1.29,10-二(2-萘基)蒽(ADN)及其衍生物

9,10-二(2-萘基)蒽（ADN）(图2(a))是研究较多的一种蓝光材料。Shi J 和Tang C W 1999年报道用ADN单独作为发光层制备电致发光器件，但因其空穴传输能力过强，使激子在电子传输层中复合，导致器件色纯度不好[17]。他们在2002年[18]将ADN与TBPe掺杂做成有机电致发光器件，发射蓝光CIE(0.15，0.23)，发光效率为3.5 cd/A，寿命达到4，000 h。

此外，为了改善ADN的颜色偏绿问题，许多研究者将ADN的结构进行了调整[19-22]。主要的化合物如图2(b)-(g)。邱勇研究组[22]改变了ADN的结构，合成了α-TMADN(14)和β-TMADN(图2(g))。与ADN相比，这类化合物利用甲基的空间位阻阻止了分子在空间的靠近而改善成膜性。两种化合物的熔点均超过320 ℃，具有优异的耐热性。α-TMADN和β-TMADN二元混合物作为发光层可显著提高发光效率5.2 cd/A(2.72 lm/W)。

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1.1.3 芴及其它芳基取代蒽

有人将芴或芴的衍生物与蒽基团结合起来，不但改善了蒽的热稳定性及成膜性，而且仍能保持较好的蓝光发射。如图3中的DPFA(图3(a))[23]和Spiro-FPA1(图3(b))[24]。Spiro-FPA1的非平面结构降低了结晶趋势并提高了玻璃化转变温度，而且增强了溶解性。以它作为发光材料制备的器件得到了深蓝色的光CIE（0.14，0.14）。发光效率最高达到4.5 cd/A。Tao等[25]用菲、芘分别取代蒽的9,10位也得到性能较好的蓝色主体发光材料TBDHA(图3(c))，TBDPA(图3(d))。

1.2芳胺基取代蒽

Yu等[26]合成了一系列蒽的胺基衍生物，典型化合物有b-NPA(图4)。用它作为发光层分别制备的器件电致发光为绿光，器件外量子效率达到3.68%，发光效率为14.79 cd/A(7.76 lm/W)。这是由于芳胺类基团具有较高的电子云密度，与蒽结合增加了分子的共轭程度，可以提高分子的荧光量子效率，但同时也使发射波长红移。

1.3乙烯基取代蒽

乙烯基取代蒽由于增加了分子内共轭程度，使它的发光红移，具有较高的发光效率和空穴传输能力。1996年，Matsuura在专利[27]中保护的乙烯基取代芳烃，通式如图5(a)。9,10-二[(9-乙基-3-咔唑)-乙烯基]蒽（图5(b)）是American Dye Source[28]一种性能较好的乙烯基蒽类发光材料。由于芳基乙烯基取代蒽有较强的空穴传输能力，它们还可以作为空穴传输材料。1999年Kodak公司在专利[29]中保护了一系列芳基乙烯基蒽空穴传输材料。典型的化合物结构如图5(c)中的DPVAn。芳乙烯基蒽类材料也可以作为电子传输材料[30]和红光器件的主体材料[9]。

1.4苯乙炔基取代蒽

芳乙炔基蒽作为有机电致发光材料在专利[9]中被保护。代表化合物有9,10-双(2-苯基)乙炔基蒽(BPEA)(图6(a))。但专利中没有报道它的性能数据。为了研究苯环对位取代基对中心基团二苯乙炔基蒽类材料荧光性能的影响，Raquel合成了一系列苯基对位取代衍生物如(图6(b))中1a-3b[31]，研究发现这些二苯乙炔基蒽衍生物溶液态时同BPEA的光致发光性能相似，并无明显改善。DMAPEAC(图6(c))是一种苯乙炔蒽的不对称蒽衍生物红光掺杂剂[32]。DMAPEAC掺杂在AlQ3浓度为1%的器件在16 V时，电致发光达到最大发光亮度为19400 cd/m2。

1.6蒽衍生物为配体的金属配合物

金属配合物既有有机物高荧光量子效率的优点，又有无机物稳定性好的优点，因此近几年来也出现了较多的以蒽为配体的金属配合物发光材料。图7中化合物(a)、(b)、(c)是以9,10-二(环戊二烯基甲基)蒽为配体的铑的配合物[33]。它们的荧光发射均属于有机配体基团的发射412 nm。图7中化合物(d)作为有机电致发光材料[34]，溶液态既有荧光发射也有磷光发射。

1.7其它蒽类小分子发光材料

在小分子发光材料的研究中除前面主要的几种骨架外，还有其它类型的蒽衍生物发光化合物。图8中化合物(a)和(b)是在蒽基团的1位和6位分别引入易接受电荷的活性基团（对三氟甲基苯基）或易给予电荷的活性基团（噻吩基）[35]得到的n型和p型的有机半导体，它们均为蓝光材料。近年来醌式蒽类衍生物图8(c)也由于其刚性结构，引起研究者注意。据专利[36称该系列材料具有稳定的热性能和好的发光效率。

2含蒽基团的高分子类发光材料

高分子发光材料由于具有玻璃化温度高，热稳定性好，器件制备工艺简单等优点，将蒽类基团引入高分子可以获得性能良好的高分子发光材料。图9中就是将蒽的衍生物引入高分子主链或侧链的到的发光材料，主要有含蒽基团的高分子P4(图9(a))[37]、含9,10-二苯基蒽单元的高分子PPAPV(图9(b))，PAHPV(图9(c))[38]、含9,10-二萘基蒽单元的高分子(图9(d))[39]、含9,10-二苯乙烯基蒽单元的高分子(图9(e))[40]和含9,10-二苯乙炔基蒽单元的高分子(图9(f))[41]发光材料等。在化合物PPAPV(图9(b))中，由于蒽基团与主链产生能量传递，使得与主链PPV的发射相似。而PAHPV(c)中DPA基团与主链空间距离较远，使得DPA基团及主链都可以被分别激发发光。因此在设计高分子发光材料时就要考虑到高分子空间结构对不同发色团相互作用的影响。材料(图9(f))是将二唑的电子传输性能与共轭体系9,10-二苯乙烯基蒽的发光性能组合起来，分子内能量有效的从紫外光发色团二唑传递到绿光发色团9,10-二苯乙烯基蒽单元上发射出绿光(512 nm)。

3小结和展望

目前，蒽类发光材料的研究工作主要是通过对蒽进行取代修饰，或是将蒽衍生物单元引入高分子材料等途径以提高发光性能。蒽类小分子发光材料具有较高的荧光量子效率，化学修饰性强，易于提纯，颜色范围宽等优点。但是目前的小分子发光材料仍不能满足OLED的使用稳定性与寿命的要求。所以蒽类小分子发光材料仍然有很多的工作要做。而双芳乙烯基蒽具有刚性对称结构，使它有潜力成为高荧光量子效率发光材料。通过烯键取代基的改变可改善这类材料的成膜性、热稳定性、溶解性及载流子传输性能等。目前这类材料主要是芳基或取代芳基与乙烯基蒽连接的结构。由于五元杂环也具有芳香性，属于富电子云体系，将五元杂环或取代的五元杂环引入双乙烯基蒽应该也是一类有希望的有机电致发光材料。

蒽类高分子发光材料虽然荧光量子效率较低，但由于高分子发光材料自身具有的优点如热稳定性好、易加工，还可通过分子设计将特定性能的基团进行组合，得到具有特定功能的发光材料。因而蒽类共轭高分子发光材料也成为研究的重点。一方面，引入大体积基团或形成非共平面的扭曲结构以减少链间聚集，减少荧光淬灭，提高高分子发光材料的荧光量子效率。另一方面引入特定性能的基团可对材料的性能进行调控。例如将不同发光颜色单体进行共聚可调节高分子材料的发射波长，或是在主链上同时引入不同发色团得到白光等。也可以将空穴传输基团和电子传输基团引入高分子链可以平衡载流子传输能力。

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注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”

高分子材料的光学性能篇6

摘 要：介绍了光散射材料的散射机理、分类、制备 方法 及国内外的进展。

关键词：光散射；面散射；体散射；共混；共聚

中图分类号：o43 文献 标识码：a文章编号：1672-3198（2008）08-0395-02

光散射材料是指能够使光通过而又能有效的散射光的材料。透光率和雾度是评定光散射材料的两项主要指标，透光率是指透过试样的光通量和射到试样上的光通量之比。它是表征透明高分子材料透明程度的一个重要性能指标。雾度，又称浊度，是透过试样而偏离入射光方向的散射光与透射光通量之比，是材料内部或表面上的不连续性或不规则性所造成。通常用雾度的大小来表征材料的光散射强弱。

光散射材料能将点、线光源转化成线、面光源，可以作为面光源材料 应用 指示标牌、广告招牌、展示橱窗、投影背墙以及壁挂式均匀照明光源等，也可以作为背光源材料应用于液晶显示，还可以与液晶元件复合制备高分子分散型散射元件。

1 光散射产生的机理

如果媒质的均匀性遭到破坏，即尺度达到波长数量级的邻近媒质小块之间在光学性质上（如折射率）有较大差异，在光波作用下，它们将成为强度差别较大的次波源，而且从它们到空间各点已有不可忽略的光程差，这些次波相干叠加的结果，光场中的强度分布将与上述均匀媒质情形有所不同，这时，除了按几何光学 规律 传播的光线外，其他方向或多或少也有光线存在，这就是散射光，即产生了散射。对于不均匀形态较大的媒质，光散射也可看作是反射和折射的综合结果。

散射光强除了与入射光的波长、散射角有关外，还与散射体材料的折射率（n）和机体材料的折射率有关。 目前 ，关于散射光强的 计算 理论 ， 发展 还不十分完善。

计算散射光强，最简单的近似理论为rayleigh-gans-debye(rgd)理论。对于半径较大或折射率较大的粒子，要用mie理论来计算光强。如果粒子达到mie理论不适用时，就要用传统的射线光学来处理。下面的公式可以用于聚合物光散射材料散射光强的近似计算：

lv=ki0r3n3γ0-4(nb2-n2)［1+(8/3)2r2v2sin2(θ/2)］-2

上式中，k为常数， =2 / ， 为光在介质中的波长， 0为光在真空中的波长， 为光散射角，n是介质的平均折射率：n=nava+nbvb。

2 光散射材料的分类



根据散射机理的不同，可以将光散射材料分为：面散射材料和体散射材料。

传统的光散射材料大多为面散射材料，采用面散射机理，即将透明板材或其它形状制品的一个表面(一般为内表面)打磨，涂层或将其成型模具的相应面做喷砂或刻痕处理，利用它们粗糙的表面来产生光散射。这种材料的一个显著缺点是：它不能较好地兼顾材料的光散射性和透明性，综合性能较差，因而大大限制了它的应用范围。

体散射材料多为分散有光散射体的透明合成材料，起散射作用的散射体的尺寸等于或大于可见光波长。这种材料应用了整体散射机理：即材料的内部与表面均起散射作用，能够很好地克服面散射所固有的弱点，制品具有高的光散射性，较好的透明性及优异的综合性能。目前，它已成为一种新型的背光源材料，逐渐在许多领域取代了传统光散射材料，并进一步扩展了新的应用领域，如液晶显示等。

另外，还有一种体——面散射材料，由产生体散射的基板和涂覆在基板上的能够产生面散射的表面组成，即将消光颗粒与涂料共混，涂覆在基板表面，利用涂层的收缩形成表面微结构，同时消光颗粒导致了涂层的光学非均一性，产生光散射。

3 光散射材料的制备

 

3.1 面散射材料的制备 方法 

通过对透明的基体材料表面进行磨砂处理，或利用特殊的成型模具或浮雕辊得到浮雕或喷砂效果的表面，利用材料表面的粗糙度得到散射效果；也有以表面凸凹起伏的高分子材料制备，巧妙设计表面的波纹实现材料的散射效应。

面散射材料的制备方法存在着显著的缺点：一方面，散射光的量取决于刻痕和划痕等的数量及分布，使散射发生的不均匀，另一方面折射率和透光率不易控制。

3.2 体散射材料的制备方法

体散射材料的制备方法大致分为两种：聚合法和共混法。

3.2.1 聚合法 

利用折光率有一定差异、相容性不太好的聚合物单体共聚合或采用分段聚合来制备光散射材料。具体又可分为以下几种情况：

（1）将一种单体混合分散于透明的基体中，使单体聚合，生成的聚合物作为散射体，其折射率不同于透明基体的折射率，因而入射光产生光散射。

（2）将一种单体混合分散于一种透明材料中，使单体聚合，生成的聚合物作为基体，其折射率不同于透明材料，进而材料产生光散射。

（3）散射体材料是无机粒子或有机粒子，将散射体粒子分散于基体单体中，使单体聚合生成聚合物基体。

ishiharadam等人以玻璃转化温度低于室温的弹性体橡胶为基体材料，以折射率不同于基体的透明材料（可以是无机粒子或有机物）为散射体，通过聚合法制备了一种光散射材料，广泛 应用 于照明装置，也可以作为灯箱广告牌的面光源，还可以与透光管和光波导管联用。由于基体的玻璃转化温度低于室温，所以材料在室温下即可操作加工。华南理工大学高峰等人，以不同分子量的聚苯乙烯作为散射材料，将其溶解在甲基丙烯酸甲酯中，通过原位聚合法制备了光散射材料， 研究 发现ps作为散射体分布在基体pmma中能够产生散射，ps的分子量要高于临界分子量43900。当聚苯乙烯分子量大于43900，且其质量分数为0.20%-0.30%时散射板性能最优，透光率为73.0%，雾度为74.7%。

高分子材料的光学性能篇7

关键词:纳米材料;化工领域;应用

纳米材料(又称超细微粒、超细粉末)是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统,其结构既不同于体块材料,也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等,拥有一系列新颖的物理和化学特性,在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。

纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征,引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚兴趣。80年代初期纳米材料这一概念形成以后,世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和化学性质,使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来,它在化工生产领域也得到了一定的应用,并显示出它的独特魅力。

一、纳米材料的特殊性质

(一)力学性质

高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低,位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型,其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大,增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大,所以纳迷材料中位错滑移和增殖不会发生,这就是纳米晶强化效应。

(二)磁学性质

当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2,在这情况下,感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%,已不能满足需要,而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%,可以用于信息存储的磁电阻读出磁头,具有相当高的灵敏度和低噪音。

(三)电学性质

由于晶界面上原子体积分数增大,纳米材料的电阻高于同类粗晶材料,甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变(SIMIT)。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点,有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。

(四)热学性质

纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值,这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。

二、纳米材料在化工行业中的应用

(一)在催化方面的应用

催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用,它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低,而且其制备是凭经验进行,不仅造成生产原料的巨大浪费,使经济效益难以提高,而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多,为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂,可大大提高反应效率,控制反应速度,甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10~15倍。

纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂,特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒,可近似地看成是一个短路的微型电池,用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时,半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下,电子与空穴分离,分别迁移到粒子表面的不同位置,与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。

(二)在涂料方面的应用

纳米材料由于其表面和结构的特殊性,具有一般材料难以获得的优异性能,显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇,使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术,添加纳米材料,可获得纳米复合体系涂层,实现功能的飞跃,使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性;功能涂层是赋予基体所不具备的性能,从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层,抗氧化、耐热、阻燃涂层,耐腐蚀、装饰涂层等;功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层,导电、绝缘、半导体特性的电学涂层,氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料,可进一步提高其防护能力,实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等,在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层,可利用其光学特性,达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料,可以达到减少光的透射和热传递效果,产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料,所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子,在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性,因而能起到静电屏蔽作用,而且氧化物纳米微粒的颜色不同,这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色,克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变,还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中,将纳米TiO2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中,能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果,从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米SiO2,可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景,将为涂层技术带来一场新的技术革命,也将推动复合材料的研究开发与应用。

(三)在精细化工方面的应用

精细化工是一个巨大的工业领域,产品数量繁多,用途广泛,并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音,并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域,纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米SiO2,可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3,和SiO2,加入到普通橡胶中,可以提高橡胶的耐磨性和介电特性,而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料,可以提高塑料的强度和韧性,而且致密性和防水性也相应提高。

纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学,主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。21世纪将是纳米技术的时代,为此,国家科委、中科院将纳米技术定位为“21世纪最重要、最前沿的科学”。纳米材料的应用涉及到各个领域,在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生,将对人类社会产生深远的影响,并有可能从根本上解决人类面临的许多问题,特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。

参考文献:

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[2]严东生,冯端,材料新星?纳米材料科学,湖南科学技术出版社,1998年.

[3]H.Gleiter (德)着,崔平,方永,葛庭燧译,纳米材料,原子能出版社,1994年.

高分子材料的光学性能篇8

关键词：材料物理性能 电学性能 光学性能 电光转换

中图分类号：G642.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（b）-0083-02

《材料物理性能》在材料科学与工程专业中具有传承基础、步入专业的核心价值。在光电子技术高速发展和全面普及的今天，材料电学性能、光学性能、以及电光转换特性实验毫无疑问在该课程的实践教学环节中占有举足轻重的地位。据作者所知，目前出版的有关书籍中和教研论文方面还很少涉及到电光转换特性方面的实验，作者在《材料物理性能》课程中作了探索性尝试。

1 实验设计

有关材料与器件中的电学性能、光学性能、以及二者之间的相互转换特性及其应用等方面的理论和工艺，通称为光电子技术，材料电学性能与光学性能紧密相连、相辅相成。因此，考虑电光转换特性如转换效率，驱动电压、驱动电流、发光光谱、发光亮度、发光色度等需充分考虑材料的综合性能和器件的结构优化设计。基于此我们提出以多层功能薄膜材料构建电致发光器件来设计材料的电学性能、光学性能、以及二者的转换特性方面的创新性综合实验。具体的实验设计步骤如下。

（1）电致发光器件设计与机理分析。

电致发光是利用材料的光电功能特性，将电能直接转换为光能的过程。其基本工作原理是从阳极注入的空穴和从阴极注入的电子在发光层中复合形成激子并以光能的形式发出，基本过程大致可以分为以下五个阶段。

①载流子的注入。

电致发光器件在外加电场的作用下，空穴和电子分别从阳极和阴极注入到相应的空穴传输层和电子传输层。

②载流子的传输。

空穴和电子分别从空穴传输层和电子传输层中移动并向发光层迁移。

③载流子的复合及激子的形成。

空穴和电子在发光层中复合，形成高能量状态（激发态）的激子。

④发光。

激子经过驰豫、扩散等过程其能量以光子的形式发出。

⑤光子逃离器件。

光子穿过薄膜材料及透明电极发射出去。由于薄膜材料和透明导电电极本身的吸收和反射，光能要受到很大的损失。

（2）实验数据记录与分析。

实验的电学性能涉及：驱动电压、驱动电流、以及电功率。实验的光学性能涉及：发光光谱、发光亮度、发光色度、以及光功率。电光转换特性重点要考虑电光转化效率，具体以发光效率（单位电流密度下的亮度）和功率效率（电功率转换成为光功率的效率），对于材料科学和材料物理方面的科研人员倾向于用发光效率来表达，而材料工程领域的科研人员对功率效率更受关注。对于平面型发光光源（面光源）来说，不同视角下的发光光谱特征符合Lambertian分布，因此发光效率和功率效率之间的换算可以用关系式“功率效率=发光效率*π/驱动电压”来计算。发光效率和功率效率都与发光光谱视觉灵敏度有关，光谱峰值位置不同，这两个值有很大的差异。这两种表示效率的方法都是从实用角度出发的，是平板显示、特殊光源、固态照明等领域中表示效率的常用方法，与物理学中的传统量子效率表示方法既有联系又有区别。

将实验的测试数据记录于表1中，根据发光光源的面积、驱动电流、电压、和发光亮度计算出相应的发光效率（cd/A）和功率效率（l m/W）。对于发光光谱的数据记录，画出以光波长为横坐标，以光强度为纵坐标的光谱图，并确定发光峰值波长，典型的蓝光光谱图如图2所示。

2 实验效果与思考

通过电致发光器件实现了材料电学性能、光学性能以及电光转换特性的表征与评价。还可以继续思考和理解以下几个问题加深对知识的系统理解与综合运用。

（1）分析影响发光光谱、发光亮度和发光色度测试的因素主要有哪些？

（2）如何根据发光光谱计算出发光亮度和色度？

（3）如何根据发光光谱、驱动电压和电流计算量子效率？

3 结语

通过在《材料物理性能》实验课程中开设电光转换特性综合实验，使学生深入理解材料电学性能、光学性能、以及电光转换特性之间的关联性。同时也增加了学生的学习兴趣，将理论知识与实验实践紧密结合起来，进一步贴近了实际应用。本文为目前大学本科《材料物理性能》实验课程的开设和教学模式提供了重要参考价值。

参考文献

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[2] 马南钢.材料物理性能综合实验[M].机械工业出版社，2010.

[3] 陈国华.功能材料制备与性能实验教程[M].化学工业出版社，2013.

[4] ZHANG Xiao Wen.Colour tunability of blue top-emitting organic light-emitting devices with single-mode resonance and improved performance by using C60 capping layer and dual emission layer，J.Phys[J].D： Appl. Phys.，2009，42（14）：145106.

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