高分子材料的光学性能ppt
聚合物的电学、热学和光学性能—聚合物的电学性能(高分子物理课件)

表征材料电性能的另一个重主要参量是电导率。电导率的定义可以由欧姆定律给出:当施加的电场产生电流时,电流密度J正比于电场强度E,其比例常数,即为电导率σ,即:电导率σ= J(电流密度) /E(电场强度) 电导率与电阻率关系为σ=1/ρ,单位为西门子每米,即S/m。 电导率的大小反映了物质输送电流的能力。ρ愈小,σ愈大,材料导电性能就越好。
界面极化
PE能否发生取向极化?纯PE,界面极化能否发生?
思考题
介电性指在电场作用下,构成物质的带电粒子只能产生微观上的位移而不能进行宏观上的迁移的性质,宏观表现出对静电能的储蓄和损耗的性质,这是由于聚合物分子在电场作用下发生极化引起的,通常用介电系数ε和介电损耗表示。
二、聚合物的介电性能
例如喷涂在聚合物表面的抗静电剂,通过其亲水基团吸附空气中的水分子,会形成一层导电的水膜,使静电从水膜中跑掉。
在涤纶电影片基上涂敷抗静电剂烷基二苯醚磺酸钾,结果片基表面电阻率降低7~8个数量级。
另外,根据制造复合型导电高分子材料的原理,在聚合物基体中填充导电填料如炭黑、金属粉、导电纤维等也同样能起到抗静电作用。
相对于本征型导电高分子而言,这种复合材料的制备无论在理论上还是应用上都比较成熟,具有成型简便、重量轻、可在大范围内根据需要调节材料的电学和力学性能、成本低廉等优点,因而得以广泛开发应用。
复合型导电高分子的基体有:
常用的导电填料有:
碳类(石墨、炭黑、碳纤维ห้องสมุดไป่ตู้石墨纤维等)
金属类(金属粉末、箔片、丝、条或金属镀层的玻璃纤 维、玻璃珠等)
聚合物与聚合物摩擦时,介电系数大的聚合物带正电,介电系数小的带负电。另外聚合物的摩擦起电顺序与其逸出功顺序也基本一致,逸出功高者一般带负电。
高分子材料的光学性能与应用研究

高分子材料的光学性能与应用研究高分子材料是一类应用广泛的材料,其独特的结构和性质使其在光学领域有着广泛的应用。
本文将探讨高分子材料的光学性能以及其在光学应用中的研究进展。
首先,高分子材料的光学性能是指其对光的吸收、透射和散射等特性。
光的吸收是高分子材料的重要性能之一,它取决于材料的能带结构和分子间的作用力。
一些高分子材料具有宽带隙结构,可以吸收紫外光,因此在紫外光谱仪器中有广泛的应用。
另外,在太阳能电池中,高分子材料也可以吸收可见光,并将其转化为电能。
此外,高分子材料的透射性能也非常重要,它决定了材料在光学器件中的传输效率。
一些高分子材料具有较高的透明度和低的透射损失,因此被广泛应用于光学器件,如光纤通信和液晶显示器。
其次,高分子材料的光学性能还与其分子结构和排列方式密切相关。
例如,聚合物链的取向和排布会影响材料的散射性能。
一些高分子材料拥有有序的分子结构和排列方式,可以实现光的定向传输,因此在光学波导器件中得到了广泛应用。
此外,高分子材料还可以通过控制其分子结构和排列方式,调节其光学性能。
例如,通过添加不同的功能化基团或共聚物,可以改变材料的吸收峰和透射范围,从而满足不同应用的需求。
目前,高分子材料的光学应用研究取得了许多重要的进展。
一个研究方向是开发新型的光学器件和传感器。
例如,一些高分子材料被用作光传感器,可以检测环境中的温度、湿度和压力等参数。
另外,高分子材料还被应用于光子晶体领域,用于制备具有特殊光学性能的人工结构。
此外,高分子材料在光催化、光致变色和光疗等领域的研究也取得了重要的突破。
然而,高分子材料的光学性能和应用仍然面临着一些挑战。
首先,一些高分子材料的光学性能较差,如吸收率低、透射损失大等,限制了其在光学领域的应用。
此外,高分子材料的稳定性和寿命也是一个问题,特别是在高温、高湿等恶劣条件下。
因此,未来的研究应该集中在开发具有优异光学性能和稳定性的高分子材料,以满足不同领域的需求。
高分子物理----高分子的光学性能

Optical Properties of Polymer
1. 概述
材料的光学性能主要包括光线的透射、吸
收、折射、反射、偏振等性能。通常,无色的 光学材料在可见光波段里是没有吸收的。
2.光的折射和非线性光学性质
当光线由空气入射到透明介质中时,由于 在两种介质中的传播速率不同而发生了光路的 变化,这种现象称为光的折射。若光的入射角 为i,折射角为r,则物质的折射率n为 n=sini/sinr
2.光的折射和非线性光学性质
3.光的反射与吸收
照射到透明材料上的光线,除有部分折射进入物 体内部之外,还有一部分在物体表面发生反射。发生 反射时反射角与入射角相等。
4.结晶聚合物的光学性质
高聚物晶区中的分子链排列规整,其密度大于非晶区
ρc>ρa,因而随着结晶度的增加,高聚物的密度增大。从大
量高聚物的统计发现,结晶和非晶密度之比的平均值约为
( 2 )如果晶区的分子尺寸比可见光的波长还小时, 这时的也不发生折射和反射。因此,为了提高聚合物的透 明性,可采用减小其晶区的尺寸。 例如等规聚丙烯透明性。
1.13,即ρc/ρa,=1.13。
4.结晶聚合物的光学性质
物质的折光率与密度有关,由于高聚物 中晶区与非 晶区密度不同,折光率也不相同。
当光线通过结晶高聚物时,在晶区界面上发生反射
和折射,不能直接通过。因此,结晶高聚物通常呈乳白
色,不透明,如PE、PA等。
4.结晶聚合物的光学性质
当结晶度减小时,透明度会增加。玻璃态聚合物在 可见光范围内没有特征的选择吸收,吸收系数α值很小, 通常为无色透明的。 如有机玻璃( PMMA )、聚苯乙 烯(PS)等。
2.光的折射和非线性光学性质
光学高分子材料简述及性能指标

光学高分子材料简述及性能指标光学高分子材料种类繁多,应用也不尽相同,但一般都包含三大类技术指标:光学性能、机械性能、热学性能。
光学性能主要包括折射率和色散、透过率、黄色指数及光学稳定性。
折射率和色散是光学材料的最基本性能。
在透镜设计中,为使透镜超薄和低曲率必须寻求高折射率的光学材料,而校正色差要求有两组阿贝数不同的材料,即冕牌系列(低色散,阿贝数>50)和火石系列(高色散,阿贝数<40)。
光学玻璃的折射率和色散有较大的选择余地,而光学塑料的选择范围却十分有限,尤其是冕牌系列光学塑料。
透明塑料折射率的测定最常用的方法是折射仪法。
阿贝折射仪是最广泛用于测定折射率的折射仪。
透过率是表征树脂透明程度的一个重要性能指标,一种树脂的透过率越高,其透光性就越好。
透过率的定义为:透过材料的光通量(T2)占入射到材料表面上的光通量(T1)的百分率。
任何一种透明材料的透光率都达不到100%,即使是透明性最好的光学玻璃的透光率一般也难以超过95%。
聚合物光学材料在紫外和可见光区的透光性和光学玻璃相近,在近红外以上区域不可避免的出现碳氢振动所引起的吸收。
通常,光学塑料在可见光区透光率的损失主要由以下三个因素造成:光的反射;光的散射;光的吸收。
黄色指数是无色透明材料质量和老化程度的一项性能指标,由分光光度计的读数计算而得,描述了试样从无色透明或白色到黄色的颜色变化。
这一实验最常用于评价一种材料在真实或模拟的日照下的颜色变化。
而对于透明塑料材料来说,由于原料纯度或加工条件等因素的影响,可能自身带有一定颜色。
光学树脂如同多数有机物质一样存在着耐候和耐老化问题,因此树脂的结构和加工工艺以及使用环境对树脂的光学性能有较大的影响。
在一定使用期限内,光学参数的稳定性尤为关键,这个指标直接决定产品的使用性能。
采用人工加速老化中的全紫外线老化的方法检测树脂的光学稳定性。
全紫外线老化法主要模拟阳光中的紫外线.全紫外线强度比相应太阳紫外强度高几倍。
《高分子物理》ppt课件

《高分子物理》ppt课件目录•高分子物理概述•高分子链结构与形态•高分子溶液性质与行为•高分子聚集态结构与性能•高分子材料力学性能与增强机制•高分子材料电学、光学等其他性能•高分子物理研究方法与技术PART01高分子物理概述高分子物理定义与特点定义高分子物理是研究高分子物质物理性质的科学,是高分子科学的一个重要分支。
特点高分子物理的研究对象是具有高分子量的聚合物,这些聚合物具有独特的结构和性质,如链状结构、分子量分布、粘弹性、相转变等。
高分子链结构高分子聚集态结构高分子溶液性质高分子固体性质高分子物理研究内容研究高分子链的化学结构、构象、链的柔顺性和刚性等。
研究高分子溶液的粘度、扩散、沉降、凝胶化等性质。
研究高分子在溶液中的形态、高分子液晶、高分子膜等。
研究高分子的力学性能、电学性能、热学性能、光学性能等。
高分子物理与化学关系联系高分子物理和高分子化学都是研究高分子的科学,两者相互联系,互为补充。
高分子化学合成出具有特定结构和功能的高分子,而高分子物理则研究这些高分子的结构和性质之间的关系。
区别高分子化学主要关注高分子的合成和化学反应,而高分子物理则更加关注高分子的结构和性质以及它们之间的关系。
此外,两者的研究方法也有所不同,高分子化学通常采用化学合成和表征的方法,而高分子物理则采用各种物理手段和理论计算的方法。
PART02高分子链结构与形态高分子链化学结构链的组成与结构单元高分子链由许多结构单元通过共价键连接而成,每个结构单元通常包含一个或多个原子或原子团。
链的规整性高分子链的规整性是指链上原子或基团的排列顺序和空间构型的规律性。
规整性好的高分子链往往具有较高的结晶能力和力学性能。
链的支化与交联支化是指高分子链上分支结构的形成,而交联则是指不同高分子链之间的连接。
支化和交联都会对高分子的物理性质产生显著影响。
高分子链的构象是指链上原子或基团在空间的排列方式。
不同的构象会导致高分子链呈现不同的形态和性质。
高分子化学ppt幻灯片课件

02
高分子化合物结构 与性质
高分子化合物基本结构
链状结构
由长链分子组成,链上原子以共 价键连接,形成线性或支链结构。
网状结构
由三维空间的分子链交织而成,具 有高度的交联性和空间稳定性。
聚集态结构
高分子链在空间中的排列和堆砌方 式,包括晶态、非晶态、液晶态等。
高分子化合物聚集态结构
晶态结构
高分子化学ppt幻灯 片课件
目录
CONTENTS
• 高分子化学概述 • 高分子化合物结构与性质 • 高分子合成方法与反应机理 • 高分子材料制备与加工技术 • 高分子材料性能与应用领域 • 高分子化学前沿研究领域与展望
01
高分子化学概述
高分子化学定义与特点
定义
高分子化学是研究高分子化合物的 合成、结构、性能及其应用的科学。
维。
后处理
纺织加工
对初生纤维进行拉伸、 热定形、卷曲等后处理, 改善纤维的物理机械性
能。
将纤维加工成纱线、织 物等纺织品,满足服装、 家居用品等领域的需求。
05
高分子材料性能与 应用领域
塑料性能及应用领域
塑料主要性能
质轻、绝缘、耐腐蚀、易加工成型等。
应用领域
包装、建筑、汽车、电子电器、农业等。
发展趋势
高分子链在空间中规则排列,形 成晶体。晶态高分子具有优异的
力学性能和热稳定性。
非晶态结构
高分子链在空间中无规则排列, 呈现无序状态。非晶态高分子具
有较好的柔韧性和加工性能。
液晶态结构
介于晶态和非晶态之间的一种特 殊聚集态,高分子链在空间中呈 现一定程度的有序排列。液晶高 分子具有独特的光学、电学和力
高性能化、功能化、环保化。
高分子材料的光学性能

设光的总能量流w为 W = W′+ W″ W, W′,W″分别为单位时间通过位面积的入射光、反射 光和折射光的能量流。 则反射系数(反射率)m = W′/ W 或 m = 被反射的光强度 / 入射光强度 当角度很小时,即垂直入射时:
如在玻璃表面涂以对红外线反射率高的金属膜(An、Cu、Ag、Cr、Ni等),用作建筑物反射太阳能的隔热玻璃,可以调节室内空调的能力,并增加建筑物外表的美观——热反射玻璃。
实例:
当光从介质射入空气的入射角与光在介质-空气界面的折射率呈下列关系时: sini1>1/n,就会发生内反射,即光线不能射入空气,而全部折回介质。对大多数聚合物来说,n≈1.5,i1最小为42°。光线在聚合物内全反射,会使透明聚合物显得格外明亮,利用这一现象可以将透明聚合物制成发亮的制品,如车的尾灯、交通标志等;也能纺丝做成光纤使用。
紫外区(10~400nm)
一般认为在红外区的吸收是属于分子光谱。吸收主要是由于红外光(电磁波)的频率与材料中分子振子(或相当于分子大小的原子团)的本征频率相近或相同引起共振消耗能量所致。即在红外区的吸收峰是因为离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致。
折射率随频率的减小(或波长的增加)而减小。
色散
对于一枚镜头而言,不同波长光的焦点位置实际上是不一样的,这必然导致很多成像问题,其中之一就是色散。
2.色散的表示方法
(2)色散系数νD:也叫阿贝数、色散倒数或倒数相对色散,这是最常用的数值 ;阿贝数越小色散现象越严重。
(1)平均色散:nF-nC,有时用Δ表示 nF:是指用氢光谱中的F线(λF=486.1nm,蓝色)为光源测出的折射率。 nC:是指用氢光谱中的C线(λC=656.3nm,红色)为光源测出的折射率。
《高分子材料性能学》PPT课件

八、本课程的学习方法
预备知识:材料力学、高分子材料科学基础、 高分子物理
学习方法:性能的基本概念——物理本质—— 影响因素——性能指标的工程意义—— 指标的测试与评价
理论联系实际、重视实验
15
八、参考书目
1. 《材料性能学》王从曾主编,北京工业大学出版社,2001年 2. 《材料性能学》张帆等主编,上海交通大学出版社,2009年 3. 《高分子物理》何曼君等主编,复旦大学出版社,2001年 4. 《高分子物理》金日光等主编,化学工业出版社,2007年 5. 《高聚物的力学性能》何平笙编著,中国科学技术大学出版社,
外界作用下的综合反映 影响因素:内因(材料结构),外因(温度等) 性能测试:测试原理、设备、方法
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六、高分子材料性能学的主要内容
• 高分子材料的常规力学性能 (6课时) • 高分子材料的高弹性与粘弹性 (5课时) • 高分子材料的断裂 (5课时) • 高分子材料的力学强度 (5课时) • 高分子材料的疲劳性能 (3课时) • 高分子材料的磨损性能 (3课时) • 高分子材料的热、电、磁、光学性能 (15课时) • 高分子材料的老化性能 (4课时)
3
2.橡胶:
天然橡胶
(聚异戊二烯)
合成橡胶
( 顺丁,丁苯,丁腈, 氯丁橡胶)
室温弹性高;形变大(可达1000%),外力去除后,能迅速恢复原状;弹性模量小, 约105~104Pa。
4
3.纤维
聚酯纤维(涤纶,如PET) 聚酰胺纤维(如尼龙,锦纶)
腈纶(PAN) 丙纶(PP) 维纶(PVA)
弹性模量较大,约109~1010Pa。 形变小,机械性能随温度变化不大
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力学性能:材料在外加载荷作用下或载荷与环境联合作用下所表现的行为— 变形和断裂。即材料抵抗外载引起变形和断裂的能力。
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4. 折射率的表示
折射率的大小与入射光波长有关。材料的折射 率n 随入射光波长的降低而减小,所以,谈材料的 折射率时必须指出所用的光的波长。一般常用nD 来比较不同材料的折射率。
nD是指用钠光谱中的D线(λD=589.3nm,黄 色)为光源测出的折射率。
-
Байду номын сангаас
二.色散
1.定义:材料的折射率随入射光的频率的减小(或 波长的增加)而减小的性质,称为色散。
用。正是因为材料的极化和磁化作用,“拖住”了电磁波的步伐,使
电磁波的传播速度变慢。根据麦克斯威尔电磁波理论,光在介质中的
传播速度应为:
v c
式中:c为真空中的光速,ε为介质的介电常数,μ为介质的导磁率。对于非磁性 材料, 1。在下面讨论中,介质材料一般都是非磁性材料。
-
n c c v材料 c
的极化率和小的分子体积。
-
-
-
-
可以看出,具有较大极化率和较小分子体积的苯环具有较高的折射率;含有相同碳数 的碳氢基团,折射率按支化链<直链<脂环<芳环的顺序变大。 此外,分子中引入除F以外的卤族元素、S、P、砜基、稠环、重金属离子等均可提高 折射率,而分子中含有甲基和F原子时折射-能力降低。
-
(4)与材料的结构、晶型的关系
①均质介质(各向同性的材料) 如非晶态(无定型体)和立方晶体材料,当光通过时,
光速不因传播方向改变而变化,材料只有一个折射率。 ②非均匀介质(除立方晶体以外的其他晶型,都是非均
质介质) 光进入非均质介质时,一般会产生双折射现象。
双折射:当一束光通过一个介质时,分为振动方向相互 垂直、传播速度不等的两个波,它们分别构成两条折射 光线的现象,
第9章 高分子材料的光学性能
-
第一节 光通过介质的现象 一.折射 1.折射率的定义 1)定义
光是具有一定波长的电磁波,光的折射可理解为光在介质 中传播速度的降低而产生的(以真空中的光速为基础)。
当光从真空进入较致密的材料时,其速度是降低的。折射率 定义为:光在真空和材料中的速度之比。 即:
n 真空 c 材料
如果光从材料1,通过界面传入材料2时,与界面法向所 形成的入射角i1、折射角i2与两种材料的折射率n1和n2现有下 述关系:
siin1 n2 siin2 n1
n2112
式中:v1及v2分别表示光在材料l及2中的传播速度,n21 为材料2相对于材料l的相对折射率。
材料的折射率反映了光在该材料中传播速度的快慢。两种折射率相比, 折射率较大者,光的传播速度较慢。材料的折射率永远是大于l的正数。 如空气的n =1.0003,固体氧化物n=1.3—2.7,硅酸盐玻璃n=1.5—1.9, 树脂:1.3-1.7
2. 色散的表示方法 (1)平均色散:nF-nC,有时用Δ表示。 nF:是指用氢光谱中的F线(λF=486.1nm,蓝色)
为光源测出的折射率。 nC:是指用氢光谱中的C线(λC=656.3nm,红色)
这些基团和元素的引入提高了光学树脂的折射率,同时 也带来了一些不足:(1)引入芳香族或稠环化合物可提 高折射率,但聚合物的色散较大;(2)引入除F以外的卤 素可提高折射率,但树脂的密度增大,耐候性差,易发黄; (3)引入重金属离子如铅、镧、铌或二氧化钛、硫化铅、 硫化铁纳米微粒等可提高折射率,但树脂的密度增大、抗 冲性降低、实用困难;(4)引入脂肪族多环化合物,可 提高折射率,且色散较低,但折射率提高的范围有限; (5)引入S、N、P等元素可提高折射率,特别是在聚合 物中引入S是提高折射率的最有效方法,且色散好,环境 稳定性好。
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3.影响折射率的因素
(1)折射率与极化率的关系
当一种介质材料置于可见光范围的电磁辐射场中时,辐射的极化
电场引起其中带电的结构单元周期性的位移,辐射导致该材料的宏观
极化。在可见光的频率范围内仅出现电子极化。由于光的传播与介质
的极化有关,因此介质对光波场的响应可用宏观物理量------极化率或 介电常数来描述。光波除了与材料中的电结构作用外,还与磁结构作
C为应力光学系数,σ为应力。经验表明,脂肪族聚合物具有较低的应力 光学系数,如PMMA和OZ-1000(聚三环癸甲基丙烯酸脂)双折射很小,基 本是各向同性的;含有易极化和取向的苯环的芳香族聚合物则具有较大的应 力光学系数,如PS和PC,苯环位于主链比位于侧链时应力光学系数增加更 大; 树脂大分子链上含有共聚单元,容易产生双折射现象;树脂中添加其 它助剂,由于助剂与树脂之间的折射率不同而产生双折射。
双折射是非均质晶体的特性,这类晶体的所有光学性 能都和双折射有关。
nn// n
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(5)材料所受的内应力
有内应力的透明材料,垂直于受拉主应力方向的n大,平行于受拉主应 力方向的n小。因此产生双折射。
树脂中的双折射主要是由于加工过程中残留的内应力导致链段或基团取
向,因而应力与双折射有一定的关系,即:n// nC
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2)绝对折射率与相对折射率
(1)绝对折射率 材料相对于真空中的折射率称为绝对折射率。
一般将真空中的折射率定为1。 (2)相对折射率
由于在实际工作中使用绝对折射率不方便,因此使用相 对折射率的概念。
相对于空气的折射率称为相对折射率:材料相对于空气 的折射率称为相对折射率:n′=va/v材料
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2.两种材料间的相对折射率
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(3)折射率与摩尔折光度、分子体积的关系
摩尔折射度(R)是由于在光的照射下分子中电子(主要是价电子)云相对于分子骨架的相对运动的 结果。这种把光学折射与化学结构联系起来的可加量叫做摩尔折射度。文献中有多种定义。
折射率与材料介质摩尔折射度成正比,与分子体积成反比;而摩
尔折射度与介质极化率成正比,所以要提高折射率,要求材料具有大
n ε
该式反映了光的折射率和材料的介电常数的关系。材料的极化性质与构成材料原 子的原子量、电子分布情况、化学性质等微观因素有关。这些微观因素通过宏观 量介电常数来影响光在材料中的传播速度。
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(2)折射率与离子半径的关系
当离子半径增大时,其ε增大,因而n也随之增 大。因此,可以用大离子得到高折射率的材料, 如PbS的n=3.912,用小离子得到低折射率的材料, 如SiCl4的n=1.412。