含氟聚酰亚胺/SiO2杂化电光材料的研究

摘要

电光材料是以光子为载体的新一代信息材料，光子传递信息具有许多优点，如良好的并行性、高频率、宽带宽、高速度、高密度以及抗电磁干扰等。电光聚合物材料由于其在光电子信息领域的潜在应用前景已得到了广泛关注和深入研究。本文在介绍非线性光学效应及其材料等相关知识的基础上，概述了近些年来电光聚合物材料的研究进展，主要包括生色分子的设计与合成，聚合物材料体系的设计与合成，以及有机-无机杂化电光材料的进展。
　　 本论文对有机聚合物光波导材料、有机-无机杂化聚合物材料进行了研究，合成了3个杂环偶氮类生色分子，2个含氟聚酰亚胺，通过侧链悬挂的形式把生色分子键接到含氟聚酰亚胺骨架上制备了侧链型含氟聚酰亚胺材料，通过溶胶-凝胶法对侧链型含氟聚酰亚胺电光材料进行杂化，制备了PI/SiO2杂化电光材料，并用傅里叶红外(FT-IR)、核磁共振(NMR)、紫外-可见光谱(UV-vis)、热重(TG)、X-射线粉末衍射(XRD)和棱镜耦合仪(SPA-4000)等对其进行了表征。
　　 首先，采用重氮-偶合反应合成了3个偶氮杂环类生色分子1、2和3，以6FHP、6FHP和双酚A二酐为原料，经过缩聚环化制备了含氟聚酰亚胺FPI-a；以侧链悬挂的形式，分别将生色分子1、2和3键接到含氟聚酰亚胺FPI-a上，制备了3种侧链型含氟聚酰亚胺光波导材料FPI-1a、FPI-2a和FPI-3a。这三种侧链型含氟聚酰亚胺具有较好的光学透明性，良好的溶解性能，成膜性好，在1550nm处的折射率依次为1.5961、1.6053和1.6473，膜厚大约1.2μm，插入损耗最低为31.8dB。
　　 其次，以6FHP和6FHP为原料，经过缩聚环化制备了含氟聚酰亚胺FPI-b；以侧链悬挂的形式，分别将生色分子1和2键接到含氟聚酰亚胺FPI-b上，制备了2种侧链型含氟聚酰亚胺FPI-1b和FPI-2b。通过溶胶-凝胶法，制备了FPI-1b/SiO2和FPI-2b/SiO2杂化材料。杂化材料热稳定性有了较大的提高，FPI-2b、FPI-2b/SiO2(10)和FPI-2b/SiO2(20)的热分解温度分别是205℃、252℃和300℃。杂化材料均在21°周围出现了一个平缓的衍射峰，表明材料是非晶态物质。