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《sol_gel技術制備二階有機_無機復合非線性光學材料的研究進展》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、綜述Sol-Gel技術制備二階有機/無機復合Ξ非線性光學材料的研究進展奚紅霞楊華粱兆熙(中山大學高分子研究所,廣州510275)摘要溶膠-凝膠技術是制備材料的一種新興低溫工藝,它為兩種完全不相容的成份—聚合物材料和無機玻璃的大比例混合(或鍵合)創(chuàng)造了可能,使得制備出的材料兼?zhèn)鋬煞N成份的優(yōu)點。本文綜述了近年來溶膠-凝膠技術在制備有機/無機復合非線性光學材料領域中的應用,并簡要分析了當前研究工作所面臨的問題。關鍵詞溶膠-凝膠技術,聚合物,無機玻璃,有機/無機復合非線性光學材料中圖分類號O6311前言隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展,人類對信息的需求急劇增大。在當今信
2、息技術中傳遞信息的載體是電子,它很難完全適應未來技術發(fā)展的要求。如果以光子代替電子來傳遞信息,則能大大加快處理信息的速度,增加處理信息的容量,克服微電子技術的局限。而非線性光學(NLO)材料在以光子代替電子進行信息處理、集成、通訊等方面起著重要作用,在光調(diào)制器、光開關、光學記錄等方面有廣闊應用前景,因而日益受到重視。人們已經(jīng)尋找到很多種NLO材料,主要包括有機和無機晶體、聚合物、有機金屬配合物、液晶、玻璃、半導體顆粒簇、有機/無機復合物及多層材料等。早期對NLO材料的研究主要集中于無機晶體,并且有不少已得到應用,但是目前這些無機材料大都已不能滿足迅速
3、發(fā)展的光通信、光信號處理領域所需的高容量、高速度、高頻寬以及多功能性、可加工性等一系列要求。近年來有機化合物和高聚物的研究正日益受到重視,與無機化合物相比,有機化合物和高聚物顯示出相當大的非線性光學效應和電光效應;它們的透光波長范圍寬從200nm到2000nm;本征開關時間短,達10-14s,這為找到快速光響應材料開辟了道路;光學損傷閾值高,加工性能好;另外,有機化合物和聚合物還可以通過人工“剪裁”,改性其主體骨架或側鏈來滿足對材料多功能性的要求,除了可獲得單晶外,還能制成種類繁多、結構可變的薄膜,是一類性能優(yōu)良的NLO材料。雖然對極化聚合物的研究時
4、間還不長,但已取得了可喜的成績,目前極化聚合物的χ(2)值Ξ廣東省博士后基金資助項目(編號:97023)。收稿日期:1997-12-26·450·奚紅霞楊華粱兆熙己大體上接近實用的要求(χ(2)達10-7esu),但要真正實用化仍然存在一些根本性的缺陷。首先是高溫穩(wěn)定性問題,聚合物本征的高溫不穩(wěn)定性和力學松弛使其SHG特性衰減太快,這就限制了聚合物NLO材料在高溫環(huán)境下的使用。其次,發(fā)色團都是具有強極性的分子,當材料中所含發(fā)色團濃度提高時,極性分子間相互作用加大,易于形成聚集結構而導致光的散射或變成中心對稱而不貢獻于SHG。因此,如何提高薄膜的均勻性
5、,減少散射損失也是極為重要的課題。再者,盡管一般采用的都是以高介電強度的聚合物作母體,在摻雜或鍵合了發(fā)色團后介電強度將有一定程度的損失,極化電場強度就難以提高,而χ(2)值依賴于極化場強。另外,有機材料在光學損失和表面品質(zhì)上距實用化的要求也較遠〔1-3〕。極化聚合物NLO材料的許多缺陷,如:高溫不穩(wěn)定性、高光學損失、差的表面品質(zhì)等卻正是無機NLO材料的優(yōu)勢所在。因此,設想合成兼?zhèn)溆袡C材料的高NLO活性和無機材料的熱穩(wěn)定性、優(yōu)良光學品質(zhì)的有機/無機復合NLO材料是很自然的事。由硅、硼、鋁、鈦等的氧化物組成的無機玻璃是剛性非晶態(tài)三維結構,并具有優(yōu)異的光學
6、清晰度、高溫穩(wěn)定性和低的光學損失,因而可以是一種很好的NLO體系的主體材料,從而成為研究和開發(fā)新型有機/無機復合NLO材料的首選無機成分4〕。按照傳統(tǒng)工藝,這些無機玻璃的加工溫度都遠遠超過有機生色團的分解溫度,因此不能用傳統(tǒng)工藝制備有機/無機復合NLO材料。值得慶幸的是,Sol-Gel技術的發(fā)展使得無機玻璃的低溫制備成為可能,這種技術可以在較低的溫度下(低于有機生色團的分解溫度)通過分子聚合反應生成無機玻璃〔5〕,然后,再與具有優(yōu)良NLO活性的有機成分摻雜或鍵合制備有機/無機復合NLO材料。用Sol-Gel法制備有機/無機復合NLO材料的優(yōu)越性主要表
7、現(xiàn)在:①這種低溫方法可以使幾乎所有具有優(yōu)良光學品質(zhì)的有機生色團,即便是對溫度非常敏感的生色團,與無機玻璃結合制備NLO材料,大大拓寬了NLO材料的研究和應用范圍。②這種方法將三維無機網(wǎng)絡引入NLO體系,有利于限制有機生色團的極化松馳。③這種制備方法還為NLO材料品質(zhì)的優(yōu)化提供了便利,人們可以通過選擇不同的起始無機或有機物單體,按實際需要在分子級水平上對材料的性質(zhì)進行剪裁。④SoI、Gel法制備出的有機/無機復合NLO材料不僅兼?zhèn)溆袡C、無機成分的優(yōu)良光學品質(zhì),而且有機成分與無機成分相互作用產(chǎn)生的一些新電子結構還會改善材料的光學性能〔6〕。⑤Sol-Ge
8、l法的制備過程是在液相中進行,這就可以保證終產(chǎn)物的均勻性,從而減少材料對光的散射,提高材料的光學品質(zhì)。⑥So
