《功能材料---聚硅烷》.ppt

功能材料---聚硅烷 1.序言 硅(Si)是地球上储量最丰富的元素，而以硅为主要原料的聚硅烷既可作结构材料又可作功能材料。随着石油工业的发展，目前有机高分子的研究已进入它的全盛时期。但由于能源消耗的增加，石油资源的减少，在寻找既能替代石油的资源而来源又丰富的新材料是，聚硅烷自然是首选。因为它具备有机高分子的基本加工性质，在挤出、涂膜、成纤或注射成型以后，经高温处理，可得到非氧化硅陶瓷。这种用化学方法制造陶瓷是陶瓷材料发展的一个重大突破。聚硅烷的主链形成了δ电子共轭，使其具有非常独特的光化学和光物理性质，有可能成为方兴未艾的信息技术所必需的集成电子器件、集成光电子器件或集成光子器件中的关键材料之一。如用作硅碳陶瓷前驱体、光致抗蚀剂、光电导材料、非线性光学材料(NLO)、光致发光(P L))和电致发光(EL)等材料，这使得它成为极有前途的功能高分子材料。 2.聚硅烷的合成 长链无机聚合物的合成是一个具有挑战性的工作。人们借鉴在有机合成中的方法和经验，将其运用到无机高分子的合成领域。从而使得合成聚硅烷有多种方法，如WurtZ偶合法、均相脱氢偶合法、开环聚合法、阴离子聚合和电化学聚合等方法。其中最成熟并被普遍使用方法是Wurtz偶合法。 2.1Wurtz偶合法 3.聚硅烷的光物理性能 3.1聚硅烷的紫外吸收 众所周知，以碳为主链的大多数聚合物只有在含有共扼双键或芳基时才会在近紫外区有强吸收。然而，所有的聚硅烷在紫外区几乎均有强烈吸收，这是聚硅烷引起人们兴趣的重要原因之一。 通常烷基取代聚硅烷的紫外最大吸收波长λrnax大约在300～325lun，而芳基取代聚硅烷的紫外最大吸收则红移20～35nm。但是，在芳基与主链间有碳原子隔开时，其吸收光谱又与烷基聚硅烷相似。而聚二芳基硅烷的紫外最大吸收又发生更大的红移。另外，大多数聚硅烷衍生物的吸收光谱也与它们的聚合度有关，λrnax及摩尔吸收系数均随聚合物链长而增加，但当聚合度达到40～50时即达到极限。因此在比较不同分子量聚硅烷取代基的立体效应及电子效应时，必须在分子量达到收敛时才合适。 4.聚硅烷的应用 4.1制备SiC陶瓷 Yajima和Hayashi在400～450℃条件下热解(Me２Si)n，聚硅烷发生复杂的反应: 5.其他应用 聚硅烷在其他光电材料中也得到了广泛应用。近年来，聚硅烷膜用于接触式扫描探针显微镜(ＳPM)纳米平板印刷术，其优点在于在样品成型时具有更高的溶解度和更少的辐射损失。用聚硅烷制作的有机－无机杂化薄膜因其具有诸如分子均一性、透明、坚硬和各种光学功能等特性而得到发展。将染色剂接在聚硅烷侧基上可以提高其在可见光区发光效率，从而用于电致发光设备中。冠醚取代的聚硅烷因为同时具有半导体性质和金属性质，在电子方面的应用中具有特殊意义，其特殊的电化学性质往往被用于化学方法改进电极。而聚硅烷和有机金属化合物形成的配位化合物也可用于化学方法改进电极。随着人们对聚硅烷电子结构认识的深入，聚硅烷在光电材料方面的应用潜力将得到进一步开发。 6.展望 综上所述，聚硅烷作为一种新型功能高分子材料，对其进行研究不论是理论上还是实践上都有重要的意义，聚硅烷化学已成为有机硅领域中的一个热点，对它的研究十分活跃。随着研究的不断深入，聚硅烷有望在许多领域里得到更为广泛的应用。 * * 对于聚硅烷的研究虽然是最近二十年才得到较快发展，但聚硅烷合成的研究却始于上世纪二十年代。1924年，Kipping首先用二苯基二氯硅烷用钠缩合反应合成了历史上第一个聚硅烷，但由于其不溶不熔且难以加工，因此并未引起足够的重视。后来，Burkhard又于1949年描述了简单的二氯硅烷的制备方法，也是用钠缩合法合成了聚二甲基硅烷，但所得产物因为类似的问题再一次没有引起重视。在随后的几十年中有关聚硅烷的研究报道几乎没有。直到1975年Yajima等人用聚二甲基硅烷热解制得了SIC纤维，以此为契机，聚硅烷高聚物的研究才引起了科学家的重视。而聚硅烷研究的真正开端则是以1980年前后可溶性聚硅烷的合成为标志。此后，关于聚硅烷高分子的研究得到了迅猛的发展。 聚硅烷是一种主链由硅原子组成的高分子材料。由于Si的低电负性并具有3d空轨道，因此。电子可沿着51一Si主链广泛离域，从而使聚硅烷具有光电导、三阶非线性光学、光致发光和电致发光等一些特性，在光电导、发光二极管、非线性光学材料等方面有广阔的应用前景，这也是它引起人们广泛关注的重要原因。 R可以是脂肪族基团，也可以是芳族基团，可均聚也可共聚。反应在惰性溶剂中进行，常用的溶剂如甲苯、二