旋光偶氮聚氨酯的合成、熱光性能及低功耗聚合物熱光開(kāi)關(guān)的研究.pdf

1、波導(dǎo)光開(kāi)關(guān)是光通信系統(tǒng)和光信息傳輸?shù)年P(guān)鍵，在光網(wǎng)絡(luò)中扮演著重要的角色，它決定著光網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作，并且光網(wǎng)絡(luò)需要記錄長(zhǎng)度以及跟蹤點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，在這個(gè)過(guò)程中需要高效益的傳輸大量的數(shù)據(jù)。
　　 近年來(lái)，各種不同的材料都被用來(lái)研究光開(kāi)關(guān)，在所有的材料中，聚合物是最有吸引力的材料，因其具有高熱光系數(shù)，低導(dǎo)熱系數(shù)，這些使得其熱光系數(shù)的調(diào)制更加高效。此外用于光開(kāi)關(guān)的有機(jī)聚合物材料要求分子在外界作用下具有兩種可相互轉(zhuǎn)變的穩(wěn)定狀態(tài)，偶氮苯基團(tuán)就是滿足

2、這一要求的光學(xué)活性基團(tuán)，它可以在光或熱的作用下進(jìn)行trans-cis或cis-trans異構(gòu)化轉(zhuǎn)變。很多光學(xué)聚合物材料要求非中心對(duì)稱的包裹著活性物質(zhì)。在微觀的尺度上，可以通過(guò)在生色團(tuán)分子上引入推拉電子基團(tuán)上實(shí)現(xiàn)其中心不對(duì)稱性;在宏觀尺度上，可以通過(guò)引入手性單元來(lái)實(shí)現(xiàn)其中心不對(duì)稱性。
　　 本文采用重氮偶合反應(yīng)設(shè)計(jì)合成了含有手性單元和推拉電子基團(tuán)的偶氮苯生色團(tuán)分子，進(jìn)一步制備偶氮聚氨酯類聚合物，并對(duì)合成的聚合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，測(cè)

3、定了其熔點(diǎn)、旋光度、溶解性等物理性質(zhì)，同時(shí)研究了聚合物的熱穩(wěn)定性、熱光性能及低功耗熱光開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)。
　　 (1)采用重氮-偶合反應(yīng)方法合成了一種含有雙偶氮單元的生色團(tuán)分子，接著通過(guò)與酒石酸反應(yīng)在生色分子上引入手型單元，再與異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)反應(yīng)制備了含有雙偶氮基團(tuán)的聚氨酯。DSC分析表明，該類聚合物材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較高，熱穩(wěn)定性較好。測(cè)定了聚合物材料在復(fù)合光光照射下的折射率(n)和熱光系數(shù)(dn/dT)，通過(guò)熱光系

4、數(shù)的測(cè)量，計(jì)算了聚合物的介電常數(shù)(ε)、介電熱光系數(shù)(dε/dT)和體積熱膨脹系數(shù)(β)值。這些參數(shù)對(duì)于材料的光學(xué)應(yīng)用具有重要意義。
　　 (2)制備了含有雙偶氮基團(tuán)的聚氨酯，采用衰減全反射(ATR)技術(shù)測(cè)定了聚合物材料薄膜在650nm波長(zhǎng)和不同溫度處的折射率(n)，結(jié)果表明，材料具有較高的熱光系數(shù)(dn/dT)。采用CCD數(shù)字成像器件，通過(guò)數(shù)字成像對(duì)光波導(dǎo)內(nèi)部的傳輸光強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量，得到波導(dǎo)的傳輸損耗。這些結(jié)果表明，該含手性單元的

5、雙偶氮聚氨酯旋光聚合物對(duì)研制新型數(shù)字熱光開(kāi)關(guān)材料具有一定的意義。
　　 (3)以對(duì)硝基苯胺、亞硝酸鈉和手性試劑R(+)-α，甲基芐胺/S（-）-α-甲基芐胺為原料，采用重氮，偶合反應(yīng)方法，合成了一種新型含有手性單元的偶氮非線性生色團(tuán)有機(jī)分子。將生色分子與多元醇、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)制備含手性單元的偶氮苯聚氨酯。利用傅里葉紅外光譜(FT-IR)和紫外-可見(jiàn)光譜(UV-Vis)等分析手段對(duì)聚合物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，并研究了聚合

6、物材料物理性能。采用衰減全反射技術(shù)測(cè)定了材料在不同波長(zhǎng)和不同溫度處的折射率(n)，得到熱光系數(shù)(dn/dT)。采用CCD數(shù)字成像器件研究了材料的傳輸損耗。通過(guò)Sellmeyer方程，研究了材料的色散性能。利用光束傳播法(FD-BPM)結(jié)合有限元法對(duì)該熱光開(kāi)關(guān)進(jìn)行了模擬和分析。研究結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)的Y型聚合物熱光開(kāi)關(guān)，在完成開(kāi)關(guān)動(dòng)作所需功耗低，響應(yīng)時(shí)間約短，和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的Y型聚合物熱光開(kāi)關(guān)相比較，在降低加熱功耗和縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間方面有明顯的改進(jìn)

7、。
　　 (4)以3，3'-二氯-4，4'-二-（4-氨基偶氮苯基）-二苯甲烷、亞硝酸鈉和R(+)-α-甲基芐胺/S(-)-α-甲基芐胺為原料，采用重氮-偶合反應(yīng)方法，合成了一種新的含雙偶氮基團(tuán)的非線性生色團(tuán)有機(jī)分子。將生色分子與多元醇、異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）制備含手性單元的雙偶氮苯聚氨酯。利用傅里葉紅外光譜(FT-IR)和紫外-可見(jiàn)光譜(UV-Vis)等分析手段聚合物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，并研究了聚合物材料物理性能。采用衰減