光功能高分子材料的应用发展

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学院：材料科学与工程

专业：高分子材料与工程

光功能高分子材料的应用发展

前言：光功能高分子材料研究是光化学和光物理科学的重要组成部分，近年来随着现代科学技术的发展，光功能高分子材料研究在功能材料领域占有越来越重要的地位，光功能高分子材料日益受到重视。光功能高分子材料的应用领域已从电子、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，正在快速发展之中，光功能高分子材料研究与应用也将越来越广。

1、光功能高分子材料的发展概况

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。而现在光功能高分子材料应用领域已从电子、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。

光功能高分子材料能够对光能进行传输、吸收、储存、转换。塑料光导纤维是利用高分子的光曲线传播性而制成的非线性光学元件。塑料光纤一般以有机玻璃为芯材，以含氟透明树脂为皮层，用柔软的有机硅树脂进行一次包覆，然后用硬质高分子材料进行二次包覆。有机玻璃、含氟透明树脂、有机硅树脂都是高分子材料，芯材有高折光率，皮层为低折光率材料。光纤的直径范围为几十到约1000微米，光纤在光纤芯内通过反复反射而向前传输，由于塑料光纤在目前传输损耗仍较高，主要应用于飞机、舰船和汽车内部的短距离光通信系统。此外，还应用于光纤显示器、图像的缩小和放大、火焰及高温监视器、光开关、巨点折象器、阅读穿孔卡片、道路标志和装饰照明等。近来，对有机玻璃采用重氢化技术，已使塑料光纤的传输损耗有所降低，为较长距离应用创造了条件。

现在光导电光导电高分子材料的应用越来越广泛，用光导电材料制作的静电复印设备越来越受到人们的欢迎，人们使用的也越来越多。而现在防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测，自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。把光敏电阻连接到外电路中，在外加电压的作用下，用光照射就能改变电路中电流的大小。灵敏度高，光谱特性好，光谱响应可从紫外区到红外区范围内，体积小，重量轻，性能稳定，价格便宜，因此应用比较广泛。而现在越来越多的人都在使用自显影全息记录照相。它是在透明胶片等支持体上涂一层很薄的光致变色物质(如螺吡喃，俘精酸酐等)，其对可见光不感光，只对紫外光感光，从而形成有色影像。分辨率高，不会发生操作误差，影像可以反正录制和消除。它使用方便快捷，越来越多的人都喜欢它。

在防伪技术方面:防伪技术有两种方法，一是通过直接观察获得，另一种是通过对防伪标示的检查而验证产品的真实性。水印，全息照片，显微印刷属于第一种，而有机光致变色材料用于防伪系统，属于第二种。其颜色角度效应无法用高清晰度的扫描仪，彩色复印机及其它设备复制，印刷特征用任何其他油墨和印刷方式都无法效仿。因此光致变色材料在防伪

技术方面也得到了广泛的应用。

此外，光致变色高分子材料受不同强度和波长光照射时可反复循环变色的特点，可以制成计算机的记忆存储元件，实现信息的记忆与消除过程，其记录信息的密度大得难以想象，抗疲劳性能好，能快速写入和擦除信息，得到广泛应用。它还可用作指甲漆，漆雕艺品，T 恤衫，墙壁纸等装饰品。还可将光致变色化合物加入到一般油墨或涂料中制成丝网印刷油墨或涂料;还可制成包装膜，建筑物的调光玻璃窗，汽车及飞机的屏风玻璃等，防护日光照射，保证安全。做成护目镜，防止阳光，激光，电焊光的伤害。

光功能高分子材料能够对光能进行传输、吸收、储存、转换，光弹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，用于研究受力结构材料内部的应力分布。

2、光功能高分子材料的研究进展

光功能高分子材料还包括感光性树脂、光降解材料等。感光性树脂是在光的作用下能迅速发生光化学反应，引起物理和化学变化的高分子。这类树脂在吸收光能量后使分子内或分子间产生化学的或结构的变化。吸收光的过程可由具有感光基团的高分子本身来完成，也可由加入感光材料中的感光性化合物(光敏剂)吸收光能后引发光化学反应来完成。感光性树脂在印刷布线、孔板制造、集成电路和电子器件加工、精密机械加工及复印、照相等方面的应用愈来愈广泛。

含有光色基团的化合物受一定波长的光照射时发生颜色变化，而在另一波长的光或热的作用下又恢复到原来的颜色，这种可逆的变色现象称为光色互变或光致变色。已经知道，硫代缩胺基脲衍生物与汞(Hg)能生成有色络合物，是化学分析上应用的灵敏显色剂。在聚丙烯酸类高分子侧链上引入这种硫代缩胺基脲汞的基团，则在光照时由于发生了氢原子转移的互变异构，发生变色现象。迄今为止，光致变色高分子的应用开发工作尚处在起步阶段，但其应用前景是十分诱人的。光致变色材料在全息记录介质、计算机记忆元件、信号显示系统、感光材料等方面有广泛的应用。例如，可作为窗玻璃或窗帘的涂层，从而调节室内光线;可作为护目镜从而防止阳光、激光以及电焊闪光等的伤害;在军事上，可作为伪装隐蔽色或密写信息材料;还可作为高密度信息存储的可逆存储介质等。我国已把光致变色材料列入863高科技计划，国内一些单位已相继开展这方面的工作并已取得可喜的成果。

为了解决高分子废弃物所造成的公害，研究了用时稳定，不用时在阳光暴晒下能发生降解的光降解高分子。要实现这种光降解，一是直接合成能被光降解的高分子;另一种方法是加入能促进降解的试剂。在聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯中加入0105%的光降解剂(如乙醛基水杨酸的铁、锰、铜盐)，约经100h，这些聚合物就发生降解。又如将塑料浸入5%～10%的三氯丙酮或六氯丙酮的丙酮溶液中，浸30s后，再在室外暴晒2～3天，即失去强度，一碰就碎。而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。

3、展望

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。高分子材料的光功能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，具有光功能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光功能与光的化学、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