具有非线性光学特性的含氟聚酰亚胺有机—无机杂化材料的研究

摘要

：本文以制备具有高非线性活性和热稳定性的光学聚合物材料为目的，以简便的方法合成了一系列聚酰亚胺有机-无机杂化材料，并对其各项性能进行了研究。 1.本文合成了偶氮类NLO生色分子HMNB，以6FHP和6FDA或PMDA为单体，合成了含氟聚酰亚胺，采用溶胶-凝胶法得到新的不同无机组分含量的热稳定性高的有机-无机杂化材料。将制得的含氟聚酰亚胺/SiO2杂化材料，采用FT-IR、SEM、TEM、XRD和TGA性能测试装置对材料的结构、表面形貌、无机粒子大小、晶体结构和热性能等进行了表征。电光系数γ33达23pm/V。电光系数γ33只在开始阶段有一定的衰减，从200min以后衰减非常缓慢，基本保持其初始值的95％以上，该杂化材料能初步满足器件化要求。通过测定膜于极化前后的紫外-可见光谱，得到取向发色团的序参数Ф，结果表明极化效率较高，材料的结构设计合理，并由一维刚性气体模型计算了材料的宏观二阶非线性光学系数χ(2)，经60h序参数几乎不变，有好的极化取向稳定性。 2.改变有机生色分子，使用了DRl，同法合成有机-无机杂化材料。采用固态29SiMASNMR谱研究了杂化材料的形成过程，结果表明杂化材料中是以T3、Q3、Q4结构为主，说明在杂化材料中形成了交联网状结构。杂化材料的玻璃化转变温度比聚合物高出77℃，电光系数γ33达28pm/V。改变二酐分子，以6FDA代替PMDA，则杂化材料的玻璃化转变温度比聚合物高出76℃，电光系数γ33高达29pm/V，该杂化材料为制备高性能的光学器件提供了基础。 3.合成了苯并噻唑类衍生物的NLO生色分子NBDPA和不同无机组分含量的含氟聚酰亚胺/SiO2杂化材料。利用DSC法测定了FB-2和PB-2杂化材料的重要的热物理性质之一比热，实验结果用最小二乘法对273～364K温度范围内的Cp实测值进行拟合，得到下列符合较好的方程： FB-2：Cp=1.1552JK-1g-1+4.28×10-4JK-2g-1T-3.00×104JKg-1T-2； PB-2：Cp=1.1032JK-1g-1+3.79×10-4JK-2g-1T-4.50×104JKg-1T-2； 杂化材料的玻璃化转变温度较聚酰亚胺高出120～150℃，电光系数γ33达27pm/V，基本达到实用化要求。 4.合成了含氟的可制作光波导器件的、具有良好热稳定性的PI-19有机聚合物，测得该聚合物Tg为256℃，5％的热失重温度为380℃。材料在光通讯波段(1.3和1.55μm)，有2个较低吸收的“窗口”，表明PI-19可以用来制作低损耗的光通讯器件、光开关等。制得的聚合物材料具有较大的热光系数，其值为4.13～-3.72×10-4℃-1(从650nm到1310nm)，这为研制具有低驱动功率的新型数字热光开关具有一定意义。

目录

文摘

英文文摘

东南大学学位论文独创性声明及使用授权声明

第一章绪论

第二章非线性光学聚合物的极化方法和电光系数的测定

第三章非线性光学聚酰亚胺/SiO2纳米材料的合成、电光性质及极化取向稳定性的研究

第四章以生色分子DR1为侧链的杂化材料的合成、表征及电光性质的研究

第五章含苯并噻唑类生色分子的聚酰亚胺/SiO2杂化材料的合成、形貌、热动力学及电光性能的研究

第六章侧链型聚酰亚胺薄膜的热光性质研究

参考文献

第七章总结

目前存在的问题及今后工作展望

攻读博士期间发表的论文

致谢