第六章光敏高分子材料讲述.ppt

第六章  光敏高分子材料 第一节 概述 光敏高分子材料（Photosensitive polymers）是指在光的作用下能够表现出特殊性能的聚合物。 包括的范围很广，如光致抗蚀剂、高分子光敏剂、光致变色高分子、光导电高分子、光导高分子、高分子光稳定剂和高分子光电子器件等功能材料。 许多物质吸收光子以后，可以从基态跃迁到激发态。处在激发态的分子容易发生各种变化。这种变化可以是化学的，如光聚合反应或者光降解反应，我们称研究这种现象的科学为光化学。变化也可以是物理的，如光致发光或者光导电现象，我们称研究这种现象的科学为光物理。 研究在高分子中发生的这些过程的科学我们分别称其为高分子光化学和高分子光物理。 光的吸收需要一定的分子结构条件，分子中对光敏感，能吸收紫外线可见光的部分被称为发色团。 Jablonsky光能耗散图 光敏剂的作用机理 二、高分子光化学反应类型 能够进行链聚合的线性聚合物和单体有三类： 第二节 光敏涂料和光敏胶 预聚体通常为分子量较小的低聚物，或者为可溶性线性聚合物，为了取得一定粘度和合适的熔点，分子量一般要求在1000一5000。 3．化学稳定性 包括耐受化学品和抗老化的能力。涂料的化学成分不同对不同的化学品有不同的耐受能力。 光刻工艺不仅应用于印刷电路板和集成电路的制作，也用于印刷制版业，根据不同工艺过程可以制备印刷用凸版和平版。 正胶和负胶的作用过程： 负性光刻胶的性能与光敏涂料相似，光照使涂层发生光交联反应（称为曝光过程），使胶的溶解度下降，在溶解过程中（称为显影过程）被保留下来，在化学腐蚀过程中（被称为刻蚀过程）保护氧化层 大多数聚合物的光降解量子效率比较低，应该说这些聚合物是比较稳定的。因此对这一类聚合物来讲，在生产和使用过程中引入的其他具有光敏作用的添加剂和其他杂质是造成光老化的主要因素。 有氧气存在时，光氧化过程比之光降解对于高分子材料老化有更大的影响。 聚合物抗老化的基本措施 第五节 光导电高分子材料 光导电高分子：指材料在无光照时是绝缘体，而在有光照时其电导值可以增加几个数量级而变为导体。 主要有无机光导材料和有机光导材料两大类。 例如：无机光导材料硒在复印机中得到了广泛应用。 有机光导材料具有无毒、制作容易、光导性能好的特点，具有广阔的发展前途。 可用于光电成像、静电复印、激光打印、光电控制等技术领域。 一、光导电机理与结构的关系 光导电的理论基础：在光的激发下，材料内部的载流子密度增加，从而导致电导率增加。 在理想状态下，光导聚合物吸收一个光子后跃迁至激发态，进而发生能量转移过程，产生一个载流子，在电场的作用下载流子移动产生光电流。 对于光导聚合物，形成光导载流子的过程分成两步完成： 第一步：光活性分子中的基态电子吸收光能后至激发态，激发态分子发生离子化，形成电子-空穴对。 第二步：在外加电场下，电子-空穴对发生解离，解离后的空穴或电子作为载流子可以沿电场力作用方向移动产生光电流。 D:电子给予体 A:电子接受体 二．光导聚合物的结构类型 (1)高分子主链中有较高程度的共轭结构，这一类材料的载流子为自由电子，表现出电子导电性质。 (2)高分子侧链上有大共轭结构，侧链上连接多环芳烃，如萘基、蒽基、荜基等，电子或空穴的跳转机理是导电的主要手段。 (3)高分子侧链上连接各种芳香胺基或者含氮杂环，其中最重要的是咔唑基。空穴是主要载流子。 三、光导电聚合物的应用-静电复印 第一步：无光条件下利用电晕放电对光导材料进行充电。 第二步：光投射到光导体表面，受光部分因光导材料电导率提高而正负电荷发生中和，未受光部分电荷得以保存。 第三步：调色剂与载体混合使由于摩擦而带有与光导体所带电荷相反的电荷，通过静电吸引，调色剂别吸附在光导体表面带电荷部分。 第四步：可见影像通过静电引力转移到带有相反电荷的复印纸上，经过加热定影将图像在纸面固化。 第六节 与光能转换有关的高分子材料 现阶段太阳能利用主要通过三种方式实现： 利用太阳能电池将太阳能转变为电能； ②通过太阳能收集器将其转变成热能； 将太阳能通过光化学反应转换成化学能。 3. 环境条件的影响 在光敏涂料的使用过程中环境气氛（空气中的氧气、温度）会对光聚合过程产生一定影响。 氧气有阻聚作用，惰性气氛中有利于固化反应； 较高的温度固化速度较快。 四、光致抗蚀剂和光敏胶 光致抗蚀剂又称光刻胶，是指受到光照后能够发生光交联 或光降解反应从而引起溶解度变化的一类感光树脂。 根据光照后溶解度变化的不同分为正胶和负胶。 根据采用光的波长和种类，可以分成可见紫外光刻胶、放射线光刻胶、电子束光刻胶和离子束光刻胶等。 光致抗蚀层 氧化层 基材 涂层 曝光 显影 刻蚀 剥胶 光线 掩膜 负性光