二阶非线性光学聚合物膜材料的制备与表征

论文摘要

随着信息时代的到来,高速光通讯,光信息处理以及光学存储等领域已取得了飞速发展,非线性光学材料在上述领域的应用前景也得到越来越多的重视。二阶非线性光学材料的研究主要集中在各种新型发色团偶极分子的合成及宏观非对称有机聚合物膜的设计与开发,有机无机杂化非线性光学膜的制备等方面,而膜中发色团分子取向排列的稳定性是最受关注的问题之一。本论文从新型有机聚合物非对称膜的结构设计出发,运用电场诱导组装的方法,制备出了多层,具有可光交联结构的稳定的二阶非线性光学膜材料,并将这种新颖的电场诱导组装方法扩展到有机-无机杂化二阶非线性光学膜材料上,得到的材料更加稳定,组装膜的厚度得以提高,材料因此更加接近于实用化。另外,为了解决电场诱导组装方法在基底选择上的限制,本文选择含有负电荷的聚合物旋涂在绝缘基底上作为下包层,并直接在包层上组装得到膜材料,这样得到的材料可以直接进行光电器件的制备。本文又采用平板极化的方法,在常温下电场极化,制备了高质量的有机-无机杂化且具有光交联结构的膜材料。此外,本文又采用简单的操作方法,制备了具有“T”型结构的简单的硅氧烷染料分子,并利用溶胶-凝胶技术制备了有机-无机杂化二阶非线性光学膜材料。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 二阶非线性光学简介
• 1.1.1 基本原理
• 1.1.2 基本效应及主要测试方法
• 1.1.2.1 倍频效应和SHG 测试
• 1.1.2.2 电光效应和简单反射法测试
• 1.1.2.3 二次谐波系数的计算
• 1.1.3 应用简介
• 1.1.4 极化聚合物脊波导的制备简介
• 1.1.4.1 聚合物单模光波导的制作过程
• 1.1.4.2 波导材料选择与性质
• 1.2 二阶非线性光学材料
• 1.2.1 发展概述
• 1.2.2 二阶非线性光学发色团
• 1.2.3 二阶非线性光学聚合物材料的外场极化
• 1.2.4 极化聚合物的研究现状
• 1.2.4.1 主/客体掺杂型
• 1.2.4.2 侧链型极化聚合物
• 1.2.4.3 主链型极化聚合物
• 1.2.4.4 交联型极化聚合物
• 1.2.5 无机-有机杂化二阶非线性光学材料
• 1.2.5.1 主-客体掺杂型（Guest-host doped）
• 1.2.5.2 键连型（Chromophore-linked）
• 1.2.5.3 互穿网络型（Interpenetrating network）
• 1.2.6 二阶非线性光学Layer-by-Layer 组装膜材料
• 1.2.6.1 层状多层薄膜的制备方法
• 1.2.6.2 LBL 技术在二阶非线性光学材料中的应用及发展现状
• 1.3 本课题研究思路和主要内容
• 第二章 电场诱导下 Layer-by-Layer 构筑高热稳定性二阶非线性光学组装薄膜
• 2.1 双阴离子偶极发色团分子DRCB 的设计与合成
• 2.1.1 实验部分
• 2.1.1.1 药品与仪器
• 2.1.1.2 实验过程
• 2.1.2 结果与讨论
• 2.1.2.1 对氨基苯甲醛（M1）的结构表征
• 2.1.2.2 3-（4-胺基-苯基）-2-氰基-丙烯酸（M2）的表征
• 2.1.2.3 （N-甲基-N-苯基）胺基乙酸（M3） 的表征
• 2.1.2.4 2-（{4-[4-（2-羧基-2-氰基-乙烯基）-偶氮苯基]-苯基}-甲基-氨基）-乙基酸（DRCB）的表征
• 2.2 电场诱导下 Layer-by-Layer 组装膜的制备及结构表征
• 2.2.1 实验部分
• 2.2.1.1 组装基底的制备
• 2.2.1.2 电场诱导下DAR/DRCB 多层膜的组装制备
• 2.2.1.3 对DAR/DRCB 多层膜的紫外光曝光
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.2.2.1 电场诱导组装过程
• 2.2.2.2 组装膜层结构的UV-vis 光谱
• 2.2.2.3 组装膜层结构原子力及扫描电镜测试
• 2.2.2.4 二阶NLO 多层组装膜的二次谐波产生（SHG）测试
• 2.2.2.5 二阶NLO 多层组装膜热稳定性测试
• 2.2.2.6 二阶NLO 多层组装膜环境稳定性测试
• 2.3 绝缘基底上电场诱导 NLO 多层组装膜的制备及表征
• 2.3.1 实验部分
• 2.3.1.1 聚氨酸（PAA）的合成
• 2.3.1.2 组装基底的制备
• 2.3.1.3 电场诱导下DAR/DRCB 多层膜的组装制备
• 2.3.1.4 对DAR/DRCB 多层膜的紫外光曝光
• 2.3.2 结果与讨论
• 2.3.2.1 组装电压的选择
• 2.3.2.2 组装膜层结构的 UV-vis 光谱
• 2.3.2.3 组装膜的原子力和扫描电镜测试
• 2.3.2.4 组装膜的SHG 热稳定性测试
• 2.4 本章小结
• 第三章 电场诱导下 Layer-by-Layer 有机-无机杂化二阶非线性光学组装膜的制备
• 3.1 端基键联有芳香重氮阳离子的硅氧烷低聚物（ADS）的设计与合成
• 3.1.1 实验部分
• 3.1.1.1 药品与仪器
• 3.1.1.2 实验过程
• 3.1.2 结果与讨论
• 3.2 电场诱导组装法制备有机-无机杂化二阶非线性光学膜
• 3.2.1 实验部分
• 3.2.1.1 组装基底的制备
• 3.2.1.2 电场诱导下ADS/DRCB 多层膜的组装制备
• 3.2.1.3 对ADS/DRCB 多层膜的紫外光曝光
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.2.2.1 电场诱导组装过程
• 3.2.2.2 组装膜层结构的UV-vis 光谱
• 3.2.2.3 组装膜层结构原子力及扫描电镜测试
• 3.2.2.4 二阶NLO 多层组装膜的二次谐波产生（SHG）测试
• 3.2.2.5 二阶NLO 多层组装膜热稳定性测试
• 3.2.2.6 二阶NLO 多层组装膜环境稳定性测试
• 3.3 本章小结
• 第四章 有机-无机杂化二阶非线性光学极化聚合物膜的制备与表征
• 4.1 一种新型有机-无机杂化二阶非线性光学材料的合成与表征
• 4.1.1 实验部分
• 4.1.1.1 药品与仪器
• 4.1.1.2 实验过程
• 4.1.2 结果与讨论
• 4.1.2.1 有机-无机杂化二阶非线性光学膜的制备
• 4.1.2.2 红外光谱研究
• 3 的核磁光谱'>4.1.2.3 DO₃的核磁光谱
• 4.1.2.4 杂化膜的表面形貌
• 4.1.2.5 极化前后UV-Vis 图谱以及序参数的计算
• 4.1.2.6 热性能分析
• 4.1.2.7 杂化膜的二阶非线性光学性质
• 4.2 一种可光交联有机-无机杂化二阶非线性光学材料的合成与表征
• 4.2.1 实验部分
• 4.2.1.1 药品与仪器
• 4.2.1.2 实验过程
• 4.2.2 结果与讨论
• 4.2.2.1 杂化及取向过程
• 4.2.2.2 红外光谱表征
• 4.2.2.3 紫外光谱表征
• 4.2.2.4 膜表面表征
• 4.2.2.5 膜稳定性表征
• 4.3 本章小结
• 参考文献
• 作者简历
• 攻读博士学位期间发表论文
• 致谢
• 摘要
• 英文摘要