Jump to content

Полимер с высоким показателем преломления

Полимер с высоким показателем преломления (HRIP) — это полимер которого , показатель преломления превышает 1,50. [1]

Такие материалы необходимы для антибликового покрытия и фотонных устройств, таких как светоизлучающие диоды (СИД) и датчики изображения . [1] [2] [3] Показатель преломления полимера зависит от нескольких факторов, включая поляризуемость , гибкость цепи, молекулярную геометрию и ориентацию основной цепи полимера. [4] [5]

По состоянию на 2004 год самый высокий показатель преломления полимера составлял 1,76. [6] с высоким n Заместители с высокими молярными долями или наночастицами в полимерную матрицу были введены для увеличения показателя преломления в полимерах. [7]

Характеристики

[ редактировать ]

Показатель преломления

[ редактировать ]

Типичный полимер имеет показатель преломления 1,30–1,70, но для конкретных применений часто требуется более высокий показатель преломления. Показатель преломления связан с молярной преломляемостью , структурой и массой мономера. В общем, высокая молярная преломляемость и низкие молярные объемы увеличивают показатель преломления полимера. [1]

Оптические свойства

[ редактировать ]

Оптическая дисперсия является важным свойством HRIP. Оно характеризуется числом Аббе . Материал с высоким показателем преломления обычно имеет небольшое число Аббе или высокую оптическую дисперсию. [8] Для многих приложений требуется низкое двулучепреломление наряду с высоким показателем преломления. Этого можно достичь, используя различные функциональные группы в исходном мономере для получения HRIP. Ароматические мономеры увеличивают показатель преломления и уменьшают оптическую анизотропию и, следовательно, двойное лучепреломление. [7]

Пример двойного лучепреломления

Высокая прозрачность (оптическая прозрачность) также желательна для полимера с высоким показателем преломления. Прозрачность зависит от показателей преломления полимера и исходного мономера. [9]

Термическая стабильность

[ редактировать ]

При рассмотрении термической стабильности типичные измеряемые переменные включают стеклование , начальную температуру разложения , температуру разложения и диапазон температур плавления . [2] Термическую стабильность можно измерить термогравиметрическим анализом и дифференциальной сканирующей калориметрией . Полиэфиры считаются термически стабильными, их температура разложения составляет 410 °C. Температура разложения меняется в зависимости от заместителя, который присоединен к мономеру, используемому при полимеризации полимера с высоким показателем преломления. Таким образом, более длинные алкильные заместители приводят к снижению термической стабильности. [7]

Растворимость

[ редактировать ]

В большинстве случаев предпочтение отдается полимерам, растворимым в как большем количестве растворителей можно и полиимиды с высокой преломляющей способностью . Полиэфиры растворимы в обычных органических растворителях, таких как дихлорметан , метанол , гексаны , ацетон и толуол . [2] [7]

Маршрут синтеза зависит от типа HRIP. Полиприсоединение Михаэля используется для полиимида, поскольку его можно проводить при комнатной температуре и использовать для ступенчатой ​​полимеризации . Этот синтез впервые был осуществлен с использованием полиимидотиэфиров, в результате чего были получены оптически прозрачные полимеры с высоким показателем преломления. [2] Реакции поликонденсации также часто используются для получения полимеров с высоким показателем преломления, таких как полиэфиры и полифосфонаты. [7] [10]

Пример полиприсоединения Михаэля
Пример поликонденсации

Высокие показатели преломления были достигнуты либо за счет введения заместителей с высокими молярными преломлениями (собственные HRIP), либо за счет сочетания наночастиц с высоким n с полимерными матрицами (нанокомпозиты HRIP).

Внутренний HRIP

[ редактировать ]
Серосодержащий полиимид с высоким показателем преломления.

Серосодержащие заместители, включая линейный тиоэфир и сульфон , циклический тиофен , тиадиазол и тиантрен, являются наиболее часто используемыми группами для увеличения показателя преломления полимера. [11] [12] [13] Полимеры с богатыми серой тиантреновыми и тетратиаантраценовыми фрагментами имеют значения n выше 1,72 в зависимости от степени молекулярной упаковки.

Галогенсодержащий полиметакрилат

Галогенные элементы, особенно бром и йод , были первыми компонентами, использованными для разработки HRIP. В 1992 году Гаудиана и др. сообщили о серии полиметилакрилатных соединений, содержащих боковые бромированные и йодированные карбазольные кольца. Они имели показатели преломления 1,67–1,77 в зависимости от компонентов и количества галогенных заместителей. [14] Однако недавнее применение галогенных элементов в микроэлектронике было строго ограничено директивой WEEE и законодательством RoHS, принятым Европейским Союзом для снижения потенциального загрязнения окружающей среды. [15]

[10] Полифосфонат

Фосфорсодержащие группы, такие как фосфонаты и фосфазены , часто обладают высокой молярной рефракцией и оптическим пропусканием в области видимого света. [3] [16] [17] Полифосфонаты имеют высокие показатели преломления благодаря фосфорному фрагменту, даже если они имеют химическую структуру, аналогичную поликарбонатам . [18] Шейвер и др. сообщили о серии полифосфонатов с различным остовом, достигнув самого высокого показателя преломления, зарегистрированного для полифосфонатов, равного 1,66. [10] Кроме того, полифосфонаты обладают хорошей термостабильностью и оптической прозрачностью; они также подходят для литья в пластиковые линзы. [19]

Металлоорганический HRIP

Металлоорганические компоненты приводят к получению HRIP с хорошей пленкообразующей способностью и относительно низкой оптической дисперсией. Полиферроценилсиланы [20] а полиферроцены , содержащие фосфорные спейсеры и фенильные боковые цепи, демонстрируют необычно высокие значения n (n = 1,74 и n = 1,72). [21] Они могут быть хорошими кандидатами на роль полностью полимерных фотонных устройств из-за их промежуточной оптической дисперсии между органическими полимерами и неорганическими стеклами .

HRIP нанокомпозит

[ редактировать ]

Гибридные методы, сочетающие матрицу органического полимера с неорганическими наночастицами с высокой преломляющей способностью, могут привести к высоким значениям n. Факторы, влияющие на показатель преломления нанокомпозита с высоким n, включают характеристики полимерной матрицы, наночастиц игибридная технология между неорганическими и органическими компонентами. Показатель преломления нанокомпозита можно оценить как , где , и обозначают показатели преломления нанокомпозита, наночастицы и органической матрицы соответственно. и представляют объемные доли наночастиц и органической матрицы соответственно. [22] Нагрузка наночастиц также важна при разработке нанокомпозитов HRIP для оптических приложений, поскольку чрезмерные концентрации увеличивают оптические потери и снижают технологичность нанокомпозитов. На выбор наночастиц часто влияют их размер и характеристики поверхности. Для повышения оптической прозрачности и уменьшения рэлеевского рассеяния нанокомпозита диаметр наночастицы должен быть менее 25 нм. [23] Прямое смешивание наночастиц с полимерной матрицей часто приводит к нежелательной агрегации наночастиц – этого можно избежать путем модификации их поверхности. Наиболее часто используемые наночастицы для HRIP включают TiO 2 ( анатаз , n=2,45; рутил , n=2,70), [24] ZrO 2 (n=2,10), [25] аморфный кремний (n=4,23), PbS (n=4,20) [26] и ZnS (n=2,36). [27] Полиимиды имеют высокие показатели преломления и поэтому часто используются в качестве матрицы для наночастиц с высоким n. Полученные нанокомпозиты обладают перестраиваемым показателем преломления в диапазоне от 1,57 до 1,99. [28]

High-n полиимидный нанокомпозит

Приложения

[ редактировать ]
Датчик изображения CMOS

Датчики изображения

[ редактировать ]

Матрица микролинз является ключевым компонентом оптоэлектроники, оптической связи, КМОП- датчиков изображения и дисплеев . Микролинзы на основе полимеров легче изготовить и они более гибкие, чем обычные линзы на основе стекла. Полученные в результате устройства потребляют меньше энергии, имеют меньшие размеры и дешевле в производстве. [1]

Литография

[ редактировать ]

Другое применение HRIP – иммерсионная литография . В 2009 году это была новая технология изготовления схем с использованием фоторезистов и жидкостей с высоким показателем преломления. Фоторезист должен иметь значение n более 1,90. Было показано, что неароматические серосодержащие HRIP являются лучшими материалами для системы оптического фоторезиста. [1]

светодиоды

[ редактировать ]
Светодиоды рассеянного типа 5 мм.

Светоизлучающие диоды (LED) являются распространенным твердотельным источником света. Светодиоды высокой яркости (HBLED) часто ограничены относительно низкой эффективностью светоотведения из-за несоответствия показателей преломления материала светодиода ( GaN , n=2,5) и органического герметика ( эпоксидной смолы или силикона, n=1,5). Более высокая светоотдача может быть достигнута за счет использования HRIP в качестве герметика. [29]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Перейти обратно: а б с д и Цзинь-ган Лю; Мицуру Уэда (2009). «Полимер с высоким показателем преломления: фундаментальное и практическое применение». Дж. Матер. Хим . 19 (47): 8907. дои : 10.1039/B909690F .
  2. ^ Перейти обратно: а б с д Хун-Джу Йен; Гуэй-Шэн Лю (2010). «Простой подход к созданию оптически изотропных, бесцветных и термопластичных полиимидотиоэфиров с высоким показателем преломления». Дж. Матер. Хим . 20 (20): 4080. doi : 10.1039/c000087f . S2CID   55614500 .
  3. ^ Перейти обратно: а б Макдональд, Эмили К.; Шейвер, Майкл П. (1 января 2015 г.). «Полимеры с собственным высоким показателем преломления». Полимер Интернэшнл . 64 (1): 6–14. дои : 10.1002/pi.4821 . hdl : 20.500.11820/49b9098d-0731-4f39-8695-6ed2eb313f97 . ISSN   1097-0126 .
  4. ^ Ченг Ли; Чжо Ли; Цзинь-ган Лю; Сяо-цзюань Чжао; Хай-ся Ян; Ши Ён Ян (2010). «Синтез и характеристика органорастворимых полифенилхиноксалинов с тиоэфирными мостиками со сверхвысокими показателями преломления и низким двулучепреломлением». Полимер . 51 (17): 3851. doi : 10.1016/j.polymer.2010.06.035 .
  5. ^ Квансу Хан; У-Хёк Чан; Тэ Хён Ри (2000). «Синтез фторированных полиимидов и их применение в пассивных оптических волноводах». Дж. Прил. Полим. Наука . 77 (10): 2172. doi : 10.1002/1097-4628(20000906)77:10<2172::AID-APP10>3.0.CO;2-9 .
  6. ^ Наоки Садайори и Юджи Хотта «Поликарбодиимид с высоким показателем преломления и способ его получения» патент США 2004/0158021 A1 (2004).
  7. ^ Перейти обратно: а б с д и Рёта Сето; Такахиро Кодзима; Кацумото Хосокава; Ясухито Кояма; Гэн-ичи Кониси; Тошиказу Таката (2010). «Синтез и свойства 9,9-спиробифлуоренсодержащих ароматических полиэфиров как оптических полимеров с высоким показателем преломления и низким двойным лучепреломлением». Полимер . 51 (21): 4744. doi : 10.1016/j.polymer.2010.08.032 .
  8. ^ Тацухито Мацуда; Ясуаки Фунаэ; Масахиро Ёсида; Тэцуя Ямамото; Цуго Такая (2000). «Оптический материал из смолы с высоким показателем преломления, состоящей из серосодержащих ароматических метакрилатов». Дж. Прил. Полим. Наука . 76 : 50. doi : 10.1002/(SICI)1097-4628(20000404)76:1<50::AID-APP7>3.0.CO;2-X .
  9. ^ П. Нолан; М. Тиллин; Д. Коутс (1993). «Полимерно-дисперсные жидкокристаллические пленки высокой прозрачности в открытом состоянии». Жидкие кристаллы . 14 (2): 339. дои : 10.1080/02678299308027648 .
  10. ^ Перейти обратно: а б с Макдональд, Эмили К.; Лейси, Джозеф К.; Огура, Ичиро; Шейвер, Майкл П. (01 февраля 2017 г.). «Ароматические полифосфонаты как полимеры с высоким показателем преломления» . Европейский журнал полимеров . 87 : 14–23. doi : 10.1016/j.eurpolymj.2016.12.003 .
  11. ^ Цзинь-ган Лю; Ясухиро Накамура; Юджи Сибасаки; Синдзи Андо; Мицуру Уэда (2007). «Полиимиды с высоким показателем преломления, полученные из 2,7-бис (4-аминофениленсульфанил)тиантрена и ароматических диангидридов». Макромолекулы . 40 (13): 4614. Бибкод : 2007МаМол..40.4614L . дои : 10.1021/ma070706e .
  12. ^ Цзинь-Ган Лю; Ясухиро Накамура; Юджи Сибасаки; Синдзи Андо; Мицуру Уэда (2007). «Синтез и характеристика высокопреломляющих полиимидов из 4,4'-тиобис[(п-фениленсульфанил)анилина] и различных ароматических диангидридов тетракарбоновых кислот». Дж. Полим. Sci., Часть А: Полим. Хим . 45 (23): 5606. Бибкод : 2007JPoSA..45.5606L . дои : 10.1002/pola.22308 .
  13. ^ Нам-Хо Ю; Ясуо Судзуки; Дайсуке Ёрифудзи; Синдзи Андо; Мицуру Уэда (2008). «Синтез полиимидов с высоким показателем преломления, полученных из 1,6-бис (п-аминофенилсульфанил)-3,4,8,9-тетрагидро-2,5,7,10-тетратиантрацена и ароматических диангидридов». Макромолекулы . 41 (17): 6361. Бибкод : 2008МаМол..41.6361Y . дои : 10.1021/ma800982x .
  14. ^ Рассел А. Гаудиана, Ричард А. Миннс и Говард Г. Роджерс «Полимеры с высоким показателем преломления», патент США 5,132,430 (1992).
  15. ^ Эмма Гуси (2006). «Бромированные антипирены: их потенциальное воздействие и пути попадания в окружающую среду». Круговой мир . 32 (4): 32–35. дои : 10.1108/03056120610683603 .
  16. ^ Михаил Ольшавский; Гарри Р. Олкок (1997). «Полифосфазены с высокими показателями преломления: оптическая дисперсия и молярная рефракция». Макромолекулы . 30 (14): 4179. Бибкод : 1997МаМол..30.4179О . дои : 10.1021/ma961628q .
  17. ^ Тосики Фусими; Гарри Р. Олкок (2009). «Циклотрифосфазены с серосодержащими боковыми группами: показатель преломления и оптическая дисперсия». Далтон Транс. (14): 2477–81. дои : 10.1039/B819826H . ПМИД   19319392 .
  18. ^ ХК Шобха; Х. Джонсон; М. Шанкарапандян; Ю.С. Ким; П. Рангараджан; Д. Г. Бэрд; Дж. Э. МакГрат (2001). «Синтез устойчивых к плавлению ароматических полифосфонатов с высоким показателем преломления» . Дж. Полим. Sci., Часть А: Полим. Хим . 39 (17): 2904. Бибкод : 2001JPoSA..39.2904S . дои : 10.1002/pola.1270 .
  19. ^ США 20160289391 , Юнг, Хое-Чул; Шейвер, Майкл Патрик и Макдональд, Эмили Кейт, «Полифосфонат, а также модуль объектива и камеры, включая его», опубликовано 6 октября 2016 г.  
  20. ^ Ян Мэннерс (2002). «Полиферроценилсиланы: металлополимеры для электронного и фотонного применения». J. Опт. Соц. Являюсь. А. 4 (6): С221–С223. Бибкод : 2002JOptA...4S.221M . дои : 10.1088/1464-4258/4/6/356 . S2CID   122033801 .
  21. ^ Беллас, Василиос; Рехан, Матиас (2007). «Полимерные системы на основе полиферроценилсилана». Angewandte Chemie, международное издание . 46 (27): 5082–104. дои : 10.1002/anie.200604420 . ПМИД   17587204 .
  22. ^ Лоренц Циммерманн; Мартин Вейбель; Уолтер Казери; Ульрих В. Сутер; Пол Вальтер (1993). «Полимерные нанокомпозиты со «сверхнизким» показателем преломления». Полим. Адв. Тех . 4 : 1–7. дои : 10.1002/пат.1993.220040101 .
  23. ^ Х. Альтуэс; Дж. Хенле; С. Каскель (2007). «Функциональные неорганические нанонаполнители для прозрачных полимеров». хим. Соц. Преподобный . 36 (49): 1454–65. дои : 10.1039/b608177k . ПМИД   17660878 .
  24. ^ Ахмад Герман Ювоно; Бинхай Лю; Цзюньмин Сюэ; Джон Ван; Хендри Исаак Элим; Вэй Цзи; Ин Ли; Тимоти Джон Уайт (2004). «Контроль кристалличности и нелинейно-оптических свойств прозрачных наногибридов TiO 2 –ПММА». Дж. Матер. Хим . 14 (20): 2978. doi : 10.1039/b403530e .
  25. ^ Наоаки Судзуки; Ясуо Томита; Кентаро Омори; Мотохико Хидака; Кацуми Чикама (2006). «Высокопрозрачные ZrO 2 акрилатные фотополимеры с дисперсией наночастиц для объемной голографической записи» . Опция Выражать . 14 (26): 12712–9. Бибкод : 2006OExpr..1412712S . дои : 10.1364/OE.14.012712 . ПМИД   19532163 .
  26. ^ Фотиос Пападимитракопулос; Питер Вишнецкий; Дораб Э. Бхагвагар (1997). «Механически истираемый кремний для нанокомпозитов с высоким показателем преломления». хим. Мэтр . 9 (12): 2928. дои : 10,1021/см970278z .
  27. ^ Чангли Люй; Жанчен Цуй; Цзо Ли; Бай Ян; Цзяконг Шен (2003). «Тонкие пленки нанокомпозитов ZnS/политиоуретан с высоким показателем преломления». Дж. Матер. Хим . 13 (3): 526. doi : 10.1039/B208850A .
  28. ^ Чи-Мин Чанг; Ченг-Лян Чанг; Чао-Чинг Чанг (2006). «Синтез и оптические свойства тонких пленок растворимого гибрида полиимида и диоксида титана». Макромол. Матер. англ . 291 (12): 1521. doi : 10.1002/mame.200600244 .
  29. ^ Фрэнк В. Монт; Чон Кю Ким; Мартин Ф. Шуберт; Э. Фред Шуберт; Ричард В. Сигел (2008). «Герметики с высоким показателем преломления TiO 2 -наночастицы для светодиодов» . Дж. Прил. Физ . 103 (8): 083120–083120–6. Бибкод : 2008JAP...103х3120M . дои : 10.1063/1.2903484 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
  • Ральф Б. Верспон; Хайнц-Зигфрид Китцеров; Курт Буш (2008). Нанофотонные материалы . Германия: ISBN Wiley-VCH Inc.  978-3-527-40858-0 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: c425f89af278f1aeb46d869276e47b78__1717941840
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/c4/78/c425f89af278f1aeb46d869276e47b78.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
High-refractive-index polymer - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)