感光高分子材料及应用
3感光性高分子_900207985
钴源装置—需要有严格的安全防护
光引发聚合
从计算机说起
• 1946年，世界第一台电子计算机问世，用18000只电子管组 装而成，总质量达30多吨，占地150m2； • 为使计算机体积小、质量轻，人们把许多晶体管和连线集成 在硅基片上，出现了集成电路。芯片是集成电路的心脏，指 甲盖大小的芯片上往往集成了几千万个器件，如此精密的材 料该如何制造？这离不开光刻技术。
阿累尼乌斯
• 斯万特· 奥古斯特· 阿尼乌斯（ Svante August Arrhenius），瑞典 物理化学家。 • 电离理论的创立者，提出著名的 阿累尼乌斯方程，获得1903年的 诺贝尔化学奖。
lnk=lnk0-Ea/RT 或
由公式可推算出温度升高10℃，化学反应速度约加快一 倍，推动了化学动力学的研究。
22
一些常见的低聚物 （两端以丙烯酸酯基或甲基丙烯酸酯基封端） • 环氧树脂型
• 聚氨酯型
CH3 OCONH NHCOO CH3 OCONH CH2CH2O CH NHCOCH m 2 CH2 CH2CH2O CH CH2OCOC m 2 CH2
NHCOO CH3
一些常用的多官能度光聚合单体
名 称 结构式
氧化还原体系
卤化物 色素类 有机金属化合物 金属羰基类
－
300～400 400～700 300～450 360～400
铁(II)/过氧化氢
卤化银；溴化汞；四氯化碳 四溴萤光素/胺；核黄素；花菁色素 烷基金属类 羰基锰
金属氧化物
光功能高分子材料
吸收光能后的活化。当分子吸收光能后，只要有足
够的能量，分子就能被活化。
分子的活化有两种途径，一是分子中的电子受
光照后能级发生变化而活化，二是分子被另一光活
化的分子传递来的能量而活化，即分子间的能量传
递。下面我们讨论这两种光活化过程。
5 分子的电子结构 按量子化学理论解释，分子轨道是由构成分子
电荷转移跃迁示意图
在分子间的能量传递过程中，受激分子通过 碰撞或较远距离的传递，将能量转移给另一个分 子，本身回到基态。而接受能量的分子上升为激 发态。因此，分子间能量传递的条件是： (1) 一个分子是电子给予体，另一个分子是电 子接受体； (2) 能形成电荷转移络合物。
分子间的电子跃迁有三种情况。 第一种是某一激发态分子 D* 把激发态能量转 移给另一基态分子A，形成激发态 A*，而 D*本身 则回到基态，变回 D。A* 进一步发生反应生成新 的化合物。
300 200 100
X射线 γ射线
10-1 10-3
化学键键能
化学 键能 /(kJ/mol) 键 O－ O N－ N C－ S C－ N 138.9 160.7 259.4 291.6 化学 键 C－Cl C－ C C－ O N－ H 键能 /(kJ/mol) 328.4 347.7 351.5 390.8 键能 /(kJ/mol) 413.4 436.0 462.8 607
化学键
C－ H H－ H O－ H C=C
2 光的吸收 发生光化学反应必然涉及到光的吸收。光的吸
收一般用透光率来表示，记作T，定义为入射到体
系的光强I0与透射出体系的光强I之比：
T I Io
如果吸收光的体系厚度为l，浓度为c，则有：
浅谈：功能高分子材料分类与性能应用
浅谈：功能高分子材料分类与性能应用功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。
通常，人们对特种和功能高分子的划分普遍采用按其性质、功能或实际用途划分的方法，可以将其分为八种类型。
1、反应性高分子材料包括高分子试剂、高分子催化剂、高分子染料，特别是高分子固相合成试剂和固定化酶试剂等。
2、光敏性高分子材料包括各种光稳定剂、光刻胶、感光材料、非线性光学材料、光电材料及光致变色材料等。
3、电性能高分子材料包括导电聚合物、能量转换型聚合物、电致发光和电致变色材料及其他电敏感性材料。
4、高分子分离材料包括各种分离膜、缓释膜和其他半透明膜材料、离子交换树脂、高分子絮凝剂、高分子螯合剂等。
5、高分子吸附材料包括高分子吸附树脂、吸水性高分子等。
6、高分子智能材料包括高分子记忆材料、信息存储材料和光、磁、pH值、压力感应材料等。
7、医用高分子材料包括医用高分子材料、药用高分子材料和医用辅助材料等。
8、高性能工程材料如高分子液晶材料、耐高温高分子材料、高强度高模量高分子材料、阻燃性高分子材料、生物可降解高分子和功能纤维材料等。
常见的几种功能高分子材料离子交换树脂它是最早工业化的功能高分子材料。
经过各种官能化的聚苯乙烯树脂，含有H 离子结构，能交换各种阳离子的称为阳离子交换树脂，含有OH-离子结构能交换各种阴离子的称为阴离子交换树脂。
它们主要用于水的处理。
离子交换膜还可以用于饮用水处理、海水炎化、废水处理、甘露醇、柠檬酸糖液的钝化、牛奶和酱油的脱盐、酸的回收以及作为电解隔膜和电池隔膜。
高分子催化剂催化生物体内多种化学反应的生物酶属于高分子催化剂。
它具有魔法般的催化性能，反应在常温、常压下进行，催化活性极高，几乎不产生副产物。
近十年来，国内外多有研究用人工合成的方法模拟酶，将金属化合物结合在高分子配体上，开发高活性、高选择性的高效催化剂，这种高分子催化剂称为高分子金属催化剂。
感光高分子材料介绍
一、定义
吸收了光能后，能在分子内或分子间产生化学、 物理变化的一类功能高分子材料。
如： 光导电材料、光电转换材料、光能储存材料、 光记录材料、光致变色材料和光致抗蚀材料。
光化学过程：材料吸收光能后可能发生光化学反
应，从而改变材料的分子结构
光物理过程：材料吸收光能后也可能发生光物理
光 聚 合 性 单 体 + 高 分 子 化 合 物
单 独 光 聚 合 物
其 他 带 感 光 基 的 高 分 子
光 降 解 性 高 分 子
带 重 氮 基 和 叠 氮 基 的 高 分 子ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
聚 乙 烯 醇 肉 桂 酸 酯 及 类 似 聚 合 物
其 他 的 感 光 性 化 合 物 + 高 分 子
重 氮 和 叠 氮 基 化 合 物 + 高 分 子
（2）芳香族重氮化合物 ＋ 高分子 有自由基和离子两种形式：
R R N2+ Xhv -N2 R +
+X
(Ⅰ)
+ X-
(Ⅱ)
已实用的芳香族重氮化合物： 双重氮盐 十 聚乙烯醇感光树脂
R ClN2 R N2Cl R R +2N2+2Cl
CH2
CH OH
n
+ Cl
CH2
CH O
n + HCl
R CH2 CH O + n + HCl
变化，改变材料的外观或物理性质。
凡是能够有效吸收特定波长的光辐射，进而发 生光化学或光物理过程，并表现出明显特殊有 用性质的高分子材料都可称为光敏高分子材料。
二、感光性高分子的分类
1、根据光反应的类型 光交联型，光聚合型，光分解型等。 2、根据感光基团的种类 重氮型，叠氮型，肉桂酰型，丙烯酸酯型等。 3、根据物理变化 光致不溶型，光致溶化型，光降解型，光导 电型，光致变色型等。
光功能高分子材料
30s后 ,再在室外暴晒 2～3 天 ,即失去强度 ,一碰就碎。光
降解材料主要可应用于两个方面 ,一是包装材料 ,二是农业应
用薄膜。
第五章 光功能高分子材料 1954年,美国柯达公司的Minsk等人开发出光功能高分子聚乙烯醇肉桂酸 酯,并成功应用于印刷制版 应用领域已从电子,印刷,精细化工等领域扩大到塑料,纤维,医疗,生化和 农业等方面,发展之势方兴未艾. 概述 光敏涂料 光致抗蚀剂 光致变色高分子材料 主要内容 光导电高分子材料 5.1 概述 光功能高分子:也称感光性高分子,指在吸收了光能后,能在分子内或分子 间产生化学,物理变化的一类功能高分子材料.这种变化发生后,材料将输 出其特有的功能. 1,光功能高分子材料及其分类 按作用机理 光物理材料 光化学材料 光导电材料: 光电转换材料 光能储存材料 光记录材料 光致变色材料 光致抗蚀材料 光检测元件,光电子器件,静电复印,激光打印 聚合物型光电池 按其输出功能,感光性高分子包括 研究最成熟,最有实用价值,包括光刻胶,光固化粘合剂,感光油墨,感光涂 料 2,光化学反应原理 光是一种电磁波,在一定波长和频率范围内,它能引起人们的视觉,这部分 光称为可见光.广义的光还包括不能为人的肉眼所看见的微波,红外线,紫 外线,X 射线和γ射线等.
l i g h t ( P S ) *
( 激 发 态 生 成 ) ( P S ) * + 单 体 或 引 发 剂 初 级 自 由 基 + P S ( 基 态 )
常见的光敏剂 C O N CFra bibliotekH 3 C H 3 N H 3 C H 3 C C O 米蚩酮(MK) 二苯甲酮(BP) 当光源条件给定时,光引发剂和光敏剂 发生作用的要求 具有合适的吸收光谱(与光源匹配否)和消光系数 引发量子效率高 光敏剂,光引发剂及其断裂产物不参与链转移和链终止反应 . 光引发剂和光敏剂应有一定的热稳定性.与反应体系互溶,无毒,无气味以 及不使反应产物发黄等特性. (3)光交联 原料:线形高分子或线形高分子与单体 产物:不溶性的网状聚合物 应用:光固化油墨,印刷制版,光敏涂料,光致抗蚀剂 交联反应 链聚合 非链聚合 含双键 必须加光敏剂 带有不饱和基团的高分子:丙烯酸酯,不饱和聚酯,不饱和聚乙烯醇衍生物, 不饱和聚酰胺等 硫醇与烯烃分子.(加聚反应) 饱和高分子.(链转移作用,夺氢或卤原子,产生活性中心,或光解断裂产生 自由基)(卤代聚合物,含硫高分子)
高分子材料在光电子学领域的应用
高分子材料在光电子学领域的应用随着科技的飞速发展，高分子材料在光电子学领域的应用也越来越广泛。
光电子学作为一门交叉学科，涉及光学、电学、材料学等多个领域，高分子材料在其中发挥了重要作用。
一、高分子材料的特性在光电子学中的应用高分子材料具有重要的特性，如高弹性、高透光性、高耐磨性、高机械强度等。
这些特性使得高分子材料在光电子学中的应用十分广泛。
例如，在光学仪器制造中，高透光的聚合物材料可以被用于制造镜片、透镜等元件。
而高弹性材料则可以被用来制造弹性体，以便在光学仪器运动时对其进行减震和稳定。
此外，高分子材料还可以被用来制造光纤、光纤放大器等光通信器件。
二、高分子材料在光电子学中的应用案例1. OLED显示器OLED显示器是当前市面上广泛应用的高端显示器之一，其性能优异，显示效果出色。
而其复杂制造工艺中，高分子材料扮演了重要角色。
例如，在OLED显示器的制造过程中，高分子有机材料被用来制造有机发光二极管的发光层，这种发光层不仅具有高发光效率，而且还具有高稳定性和长使用寿命。
2. 柔性显示器柔性显示器是近年来备受瞩目的新型显示器，其采用了柔性基底材料，使其能够在弯曲和扭曲状态下继续实现正常的显示效果。
而柔性基底材料中，高分子材料同样可以发挥价值。
例如，在柔性显示器的制造过程中，高分子薄膜可以被用作制造基底材料，这些材料具有轻质、柔性等特性，能够有效提升柔性显示器的可靠性和稳定性。
3. 光电压敏器件光电压敏器件是一类能够将光电能量转化成电信号的器件。
而在这些器件中，高分子材料通常被用来作为感光材料、电极材料等。
例如，在光电压敏传感器的制造过程中，高分子感光材料可以被用来制造传感器的光电转换元件，这些元件具有高感度、高速度等特性，能够实现对不同光强和光波长的快速响应。
三、高分子材料在光电子学领域的未来发展随着科技的不断进步，高分子材料在光电子学领域的应用将会更加广泛和深入。
例如，随着柔性光电子的兴起，高分子材料在柔性电子器件中的应用将会更加多样化和创新化。
感光性高分子的应用(精)
感光性高分子的应用学校名称：华南农业大学院系名称：材料与能源学院时间：2017年2月27日感光性高分子材料的应用：光敏涂料、射线固化涂料、感光性油墨、光致抗蚀剂、印刷制版用感光性树脂、射线固化胶粘剂、光降解塑料、其他方面的应用。
1.光敏涂料和射线固化涂料传统的涂料是溶剂型的，有些涂料中溶剂的含量高达50%以上。
这些涂料在干燥成膜的过程中一是靠溶剂的自身的蒸发，二是依靠烘烤，它们都是引起大气污染的主要祸首之一。
不仅这些溶剂作为资源不能再生利用，烘烤涂料又消耗了能源。
随着各国环保法规的制订和实施日益严格，溶剂型涂料的产量比重逐渐在下降，取而代之的新型涂料主要有四种：高固化涂料、水性涂料、粉末涂料及光射线固化涂料。
其中射线固化涂斜是一种公认的四E染到即具有优异的性能（excellence of finish)、符合生态保护要求(Ecology)、节省能源（Energy)、具有经济性(Economy)。
射线固化涂料的应用领域（1)木材加工：填充腻子，表面涂层：装饰纸贴面的涂层。
（2）塑料加工：PVC地板表面耐磨涂层；有机玻璃板，聚碳酸酯板材表面增硬涂层，塑料件表面蒸铝的预处理层，塑料件表面装饰涂层，增强塑科件表面装饰涂层。
（3）金属加工：防锈涂层，干法电镀的底涂层，金属制品的装饰涂层。
（4）光导纤维的增强涂层。
(5)纸张、印刷品加工：纸张防水涂层，印刷品上光涂层，高级纸张制造。
（6）电子电氧：半导体管总芯、集成电路芯片、电子元器件表面涂层；太阳能电池、发光元件防潮绝缘涂料。
(7)医学：口腔防龈涂料（牙齿颌面点隙裂沟封密剂)，四环素齿的表面涂料。
2.感光性油墨用感光性树脂制成的油墨能用紫外光和电子束快速地使之干燥，而且，整个过程是在室温和低温下进行，不会造成印刷品的挠曲、变形。
感光性油墨的优点及用途3.印刷制版用感光性树脂感光性树脂直接通过感光作用制成浮雕深度至少在0.2毫米以上的印版，代替了金属。
由于其吸墨、耐磨性都比金属好，而且和先进的电子排版、新闻传真技术可以联用，满足了印刷工业向高速、精细化发展的需要。
光功能高分子材料综述
常州轻工职业技术学院毕业论文课题名称：感光高分子材料系别：轻工工程系专业：__ 高分子材料加工技术__ _班级：10工艺试点学生姓名：刘振杰指导教师：卜建新感光高分子材料【摘要】本文主要介绍了感光高分子的发展简史以及感光高分子的分类和在日常生活中、工业中的应用，主要研究重氮树脂型光敏材料、自组装型超薄胶印版、化学增幅与无显影光刻胶及刻蚀技术，和当今感光高分子的主要研制课题。
【关键词】感光高分子感光聚合物光致变色高分子一、简介随着现代科学技术的发展，感光高分子材料越来越受到重视。
所谓感光高分子材料就是对光具有传输、吸收、存储和转换等功能的高分子材料。
二、研究方向21世纪人类社会将进入高度信息化的社会，光与半导体相融台的高技术将引人注目。
高分子材料的感光特性引起科学界和工业界的兴趣。
高分子材料的功能特性主要有：①化学变换功能(感光树脂、光学粘接剂、光硬化剂等)。
②物理变换功能(塑料光纤、光盘、非球面透镜、非线性光学聚合物、超导聚合物等)。
②医学化学功能(抗血栓性聚合物人工畦器等)。
④分离选择功能(微多 L膜、逆透过膜等) 由此可见，具有感光的高分子材料占居多数，它们的产品在市塌占有的份额很大。
像非线性高分子材料这样的尚未达到实用化的高分子材料更是为数众多该材料的通感光与光的化学、物理变化功能是有很大差别的。
前者的典型代表是光纤和各种透镜。
对这些材料不殴要求透明性强。
如要求、光纤材料从可见光到近红外光范围内的透明性极其严格。
标准的塑料光纤(POF)是由PMMA制成的，具c—H 基，故不能避免红外吸收。
为了提高透明性而研制羝化物光纤。
用于制作透镜的材料必须具南高范围的折射率和分散特性这一点，有机高分子材料与无机玻璃类材料相此，者处于劣势。
塑料材料具有优良的成形性，宜用来生产诸如形状复杂的非球面透镜等高性能透镜。
CD用的透镜，主要是用PMMA材料制作。
制作透镜用的PMMA工业材料市塌规模看好要求它具有优良的耐热性和低的吸水性其中具有脂环式结构的塑料市埸将有扩大趋势。
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感光高分子材料及其实际应用
姓名****
（********* ）
摘要：序言所谓感光性高分子材料是指吸收光能后,可引起分子内或分子间的物理或化学变化,而这些变化可以加以利用的高分子功能材料。
广义地说,除感光性树脂外,光导电材料,充电变换,光能储存以及光记录显示材料也都属于感光材料的范畴。
但是在一般情况下,我们说感光材料是指感光性树脂,更严格地说是指用于电子部门的光致抗蚀剂。
关键字：感光高分子光化学光致抗蚀
1 引言
随着时代的发展，人类将进入一个信息时代。
为了解决生产高速发展以及由此所产生的能源、环境等一系列的问题，更需要用高科技的方法和手段来生产新型的、功能化的产品，以获得各种优良的综合性能。
今年来新型功能材料层出不穷，得到了突破性的进展。
日本和欧美各国对新型功能材料的研究十分注重，这是因为功能材料是能源、计算机、通讯、电子、激光等现代科学的基础，功能材料在未来的实惠发展中具有重大战略意义。
近十年来，功能材料成为材料科学和工程领域中最为活跃的部分。
每年以5%以上的速度增加，相当于每年有1.25万种新材料问世。
未来世界需要更多性能优异的功能材料，他们正在渗透到现在生活的各个领域。
其中，感光性高分子发展成了功能高分子中用途最广的一种。
这与感光性高分子作为新材料在各种领域中得到广泛应用有关。
特别是近年来信息科学和信息工业的发展有力地促进了光物理和光化学科学研究的进步，而信息科学所涉及的印刷图像术、复制技术和微细加工及光刻技术等不断对感光高分子及有关材料提出新的要求，有力地推动了感光性高分子的发展。
最近不但在成像材料，如照相、复印、印刷、集成电路中获得重要应用，在塑料、纤维、医疗、生物化学、涂料和胶黏剂等方面也都取得了重要地位。
2 感光高分子
2.1 感光高分子的定义
感光高分子材料也称为光功能高分子材料，是指在光参量的作用下能够表现出某些特殊物理或者化学性能的高分子材料，是功能高分子材料中的重要一类。
光是一种能量形式，材料吸收光能后，在光能量的作用下会发生化学或物理反应，产生一系列结构和形态上的变化，从而表现出特定功能。
在光作用下能迅速发生化学和物理变化的高分子，或者通过高分子或小分子上光敏基团所引起的光化学反应（如聚合、二聚、异构化和光解等）和相应的物理性质（如溶解度、颜色和导电性等）变化而获得的高分子材料。
[1-4]
2.1.1 感光高分子的分类
感光性高分子材料经过50余年的发展，品种日益增多，需要有一套科学的分类方法，因此提出了不少分类的方案。
但至今为止，尚无一种公认的分类方法。
从广义上讲，按其输出功能，感光性高分子包括光导电材料、光电转换材料、光能储存材料、光记录材料、光致变色材料和光致抗蚀材料等。
从材料聚合类型，则可以做一下分类。
如图1
图 1
2.1.2感光高分子的光化学原理
根据现代光学理论，光具有波粒二象性。
由量子理论，光能与频率有关，能量不同的光
作用于分子时就会引起分子中不同结构层次运动状态的改变。
不同波长的光具有不同能量，当光照到物体上，出现三种情况：反射、透射、吸收
光化学三定律
（1）Gtotthus —Draper 定律
1817年，格鲁塞斯(Grotthus)和德雷珀(Draper)通过对光化学现象的定量研究，认识
到并不是所有的入射光都会引起化学反应，从而建立了光化学第一定律，即Gtotthus —
Draper 定律。
这个定律表述为：只有被吸收的光才能有效地引起化学反应。
其含意十分明
显。
（2）Stark —Einstein 定律
1908年由斯达克 ( Stark ) 和1912 年由爱因斯坦( Einstein ) 对光化学反应作了进
一步研究之后，提出了Stark —Einstein 定律，即光化学第二定律。
该定律可表述为：一个
分子只有在吸收了一个光量子之后，才能发生光化学反应。
光化学第二定律的另一表达形式
为：吸收了一个光量子的能量，只可活化一个分子，使之成为激发态。
（3）Lambert —Beer 定律
称为兰布达—比尔(Lambert —Beer)定律。
其中，ε称为摩尔消光系数。
它是吸收光
的物质的特征常数，也是光学的重要特征值，仅与化合物的性质和光的波长有关。
在光化学反应研究的初期，曾认为光化学反应与波长的依赖性很大。
但事实证明，光化
学反应几乎不依赖于波长。
因为能发生化学反应的激发态的数目是很有限的，不管吸收什么
样的波长的光，最后都成为相同的激发态，即S1和T1，而其他多余能量都通过各种方式释
放出来了。
其中开发比较成熟并有实用价值的感光性高分子材料主要是指光致抗蚀材料和光
致诱蚀材料，产品包括光刻胶、光固化粘合剂、感光油墨、感光涂料等。
2.2感光高分子的实际应用
集成电路工业和激光排制版等光加工工艺的发展对光致刻蚀剂的需求越来越大，对其性
能也提出了更高的要求。
光加工工艺是指在被加工材料表面涂敷保护用光刻胶，
根据加工要
求，对保护用光刻胶进行选择性光化学处理，使部分区域的保护胶溶解性发生变化，并用适当溶剂溶解脱除，再用腐蚀加工方法对脱保护处进行加工。
光致抗蚀剂也称光敏胶、光刻胶，根据光照后溶解度变化的不同分为正胶和负胶。
光照使涂层发生光交联反应（也称曝光过程），是胶的溶解度下降，在溶解过程中（也称显影过程）被保留下来，在化学腐蚀过程中（称为刻蚀过程）保护氧化层。
在正性光刻胶的性能正好相反，感光胶被光照后发生光降解反应，是胶的溶解度增加，在显影过程中被除去。
其所覆盖部分在刻蚀过程中被腐蚀。
近年发展起来的深紫外光致抗蚀剂也是正性光刻胶，但原理不同。
深紫外光的能量高，它可以使许多不溶性聚合物的某些键发生断裂而发生光降解反应，使其变成分子量较低的可溶性物质，从而在接下来的显影工艺中脱保护。
3 结束语
感光高分子材料已经历了四十年的发展过程。
目前关于感光高分子材料的重要性已是无可置疑的了。
经过无数科学家的不懈努力，现在已经拥有很多种类，而且在许多领域已经占有重要的地位，相信在继续研究下还会得到进一步突进。
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