聚合物與光

前言

過(guò)去幾十年的技術(shù)發(fā)展基本上取決于新材料發(fā)現(xiàn)和技術(shù)方法創(chuàng)新。它們包括新型聚合物材料的合成和光在工業(yè)過(guò)程中的應(yīng)用。基于光與聚合物相互作用的技術(shù)成果已成為各種應(yīng)用領(lǐng)域的重要因素，并仍處于一個(gè)不斷發(fā)展的階段。簡(jiǎn)單幾個(gè)例子即可說(shuō)明。例如：聚合物被用作為非線性光學(xué)材料、光波導(dǎo)的芯層材料和制備計(jì)算機(jī)芯片的光刻膠。聚合物還被用于光開(kāi)關(guān)和光存儲(chǔ)，用于復(fù)印機(jī)和將光轉(zhuǎn)換為電能的太陽(yáng)能電池。甚至某些聚合物材料還被用來(lái)產(chǎn)生光。 另一方面，光也被用作為合成聚合物的工具。例如用于引發(fā)小分子進(jìn)行聚合反應(yīng)。這一方法還被用于涂料和膠黏劑的交聯(lián)，甚至還被牙醫(yī)用于牙齒鑲嵌物的交聯(lián)。 很明顯，與聚合物和光的話題相關(guān)的領(lǐng)域是非常廣闊的。按照光物理和光化學(xué)的順序原則進(jìn)行介紹，有可能保證我們的討論遍及這一廣闊領(lǐng)域。因此，本書(shū)將光物理和光化學(xué)各自單獨(dú)進(jìn)行介紹（第一部分和第二部分），其中包括它們各自的基礎(chǔ)和相關(guān)應(yīng)用技術(shù)?？紤]到純的光物理不包括聚合物的光化學(xué)變化，設(shè)立了一些獨(dú)立章節(jié)（第一部分）介紹與聚合物和光相互作用相關(guān)的基礎(chǔ)，包括光導(dǎo)、電光和非線性現(xiàn)象、光折變和光致色變（分別在1～5章）。與聚合物光物理相關(guān)的重要技術(shù)安排在第6章，包括靜電復(fù)印，發(fā)光二極管，激光，太陽(yáng)能電池，光波導(dǎo)和光纖等。 在第二部分，按照有機(jī)合成聚合物（第7章）和生物大分子（第8章）的分類分別對(duì)它們的光致化學(xué)變化進(jìn)行了討論。同樣，與聚合物光化學(xué)相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)也單獨(dú)立章進(jìn)行了討論（第9章），包括制作計(jì)算機(jī)芯片所必需的光刻技術(shù)，以及激光燒蝕技術(shù)。在第9章還專門(mén)設(shè)一節(jié)討論通用聚合物材料的穩(wěn)定性問(wèn)題，這是塑料在長(zhǎng)期使用過(guò)程中能否保持穩(wěn)定的一個(gè)重要問(wèn)題。 聚合物的光化學(xué)合成是第三部分的內(nèi)容。各種光引發(fā)聚合的方法在第10章討論，第11章則專門(mén)討論相關(guān)應(yīng)用技術(shù)。后者包括交聯(lián)在涂料和牙科材料，印刷版（用于印刷報(bào)紙），以及全息照相（對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)非常重要）中的應(yīng)用和接枝或嵌段聚合物的合成。

內(nèi)容概要

進(jìn)入信息化社會(huì)以來(lái),信息的傳輸、顯示、調(diào)制和存儲(chǔ)等各方面的技術(shù)需求急劇增加，促使相關(guān)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，突出體現(xiàn)在光子科學(xué)和材料科學(xué)的飛速發(fā)展和相互融合。與此相適應(yīng)，各種跨經(jīng)典學(xué)科的新興領(lǐng)域正在出現(xiàn)。光子學(xué)聚合物就是由光子科學(xué)和聚合物科學(xué)交叉而形成的一個(gè)新領(lǐng)域。     本書(shū)作為全面介紹這一領(lǐng)域的論著，系統(tǒng)地總結(jié)了光與聚合物相互作用領(lǐng)域的相關(guān)科學(xué)和技術(shù)知識(shí)。從物理到化學(xué)，只要有光與聚合物相互作用的過(guò)程，書(shū)中都進(jìn)行了背景知識(shí)介紹。在此基礎(chǔ)上，還從相關(guān)知識(shí)入手，對(duì)近幾十年這一領(lǐng)域前沿科學(xué)研究和相關(guān)技術(shù)發(fā)展做了充分的綜述，每一點(diǎn)進(jìn)展都附有大量的參考文獻(xiàn)。     本書(shū)適用于即將進(jìn)入這一新興領(lǐng)域的人員或者在這一領(lǐng)域某一分支領(lǐng)域進(jìn)行工作的工程技術(shù)人員，特別適合具有單一專業(yè)背景、即將在這一交叉領(lǐng)域進(jìn)行科學(xué)研究的人員閱讀。同時(shí)，對(duì)于在光子科學(xué)和聚合物科學(xué)交叉這一新興領(lǐng)域開(kāi)展的教學(xué)，本書(shū)也是一本難得的綜合性論著，特別適合作為大學(xué)高年級(jí)學(xué)生或研究生課程的教材。

作者簡(jiǎn)介

作者：(德國(guó))沃爾弗拉姆?施納貝爾(Wolfram Schnabel) 譯者：張其錦

書(shū)籍目錄

第一部分 聚合物的光物理過(guò)程 　第1章 光的吸收以及隨后的光物理過(guò)程　　1.1 原理　　1.2 分子軌道模型　　1.3 雅布倫斯基圖　　1.4 非共軛聚合物的吸收　　1.5 共軛聚合物的吸收　　1.6 電子激發(fā)態(tài)的失活　　　1.6.1 分子內(nèi)失活　　　1.6.2 分子間失活　　　1.6.3 能量遷移和光子捕獲　　　1.6.4 通過(guò)化學(xué)反應(yīng)失活　　1.7 偏振光的吸收和發(fā)射　　　1.7.1 吸收　　　1.7.2 手性分子的吸收　　　1.7.3 發(fā)射　　1.8 應(yīng)用　　　1.8.1 吸收光譜　　　1.8.2 發(fā)光　　　1.8.3 時(shí)間分辨光譜　　參考文獻(xiàn)　第2章 光導(dǎo)　　2.1 前言　　2.2 光生載荷子　　　2.2.1 通論　　　2.2.2 激子模型　　　2.2.3 載荷子的化學(xué)性質(zhì)　　　2.2.4 載荷子產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)　　　2.2.5 載荷子產(chǎn)生的量子產(chǎn)率　　2.3 載荷子的傳輸　　2.4 載荷子在無(wú)定形聚合物中的傳輸機(jī)理　　2.5 摻雜　　2.6 熱處理或高能輻射處理產(chǎn)生的光導(dǎo)聚合物　　2.7 等離子體聚合或輝光放電產(chǎn)生的光導(dǎo)聚合物　　參考文獻(xiàn)　第3章 電光和非線性光學(xué)現(xiàn)象　　3.1 前言　　3.2 基礎(chǔ)　　　3.2.1 極化和偶極矩的電場(chǎng)依賴性　　　3.2.2 折射率的電場(chǎng)依賴性　　3.3 表征技術(shù)　　　3.3.1 二階現(xiàn)象　　　3.3.2 三階現(xiàn)象　　3.4 非線性光學(xué)材料　　　3.4.1 通論　　　3.4.2 二階非線性光學(xué)材料　　　3.4.3 三階非線性光學(xué)材料　　3.5 非線性光學(xué)聚合物的應(yīng)用　　　3.5.1 與長(zhǎng)途通信相關(guān)的應(yīng)用　　　3.5.2 與光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)相關(guān)的應(yīng)用　　　3.5.3 其它應(yīng)用　　參考文獻(xiàn)　第4章 光折變　　4.1 光折變效應(yīng)　　4.2 光折變配方設(shè)計(jì)　　4.3 取向光折變　　4.4 光折變材料的表征　　4.5 應(yīng)用　　參考文獻(xiàn)　第5章 光致色變　　5.1 前言　　5.2 線形聚合物的構(gòu)象變化　　　5.2.1 溶液　　　5.2.2 膜　　5.3 光控酶活性　　5.4 光致各向異性（photoinduced anisotropy，PIA）　　5.5 液晶體系的光致取向　　5.6 光力效應(yīng)　　　5.6.1 本體材料　　　5.6.2 單分子層　　5.7 二階非線性光學(xué)性質(zhì)的光致活化　　5.8 應(yīng)用　　　5.8.1 塑料光致色變眼鏡　　　5.8.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)　　參考文獻(xiàn)　第6章 與聚合物光物理過(guò)程相關(guān)的技術(shù)第二部分 聚合物的光致化學(xué)過(guò)程 　第7章 合成聚合物的光化學(xué)反應(yīng)　第8章 生物大分子的光化學(xué)反應(yīng)　第9章 與聚合物光化學(xué)過(guò)程相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)第三部分 聚合物的光化學(xué)合成　第10章 光聚合　第11章 與光聚合相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)第四部分 其它應(yīng)用技術(shù) 　第12章 用于光存儲(chǔ)的聚合物　第13章 聚合物光傳感器　第14章 聚合物光催化劑參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：對(duì)于含有光致色變基團(tuán)的聚合物體系，需要考慮額外的一些特點(diǎn)。例如，在線形大分子體系，不僅生色團(tuán)，聚合物鏈中與其相鄰的結(jié)構(gòu)單元或其周邊的其它分子都會(huì)由于生色團(tuán)吸收光子而受到影響。其中溶液中的聚合物鏈構(gòu)象變化常導(dǎo)致溶液黏度變化，甚至相分離。后者常發(fā)生在液晶聚合物體系。對(duì)于剛性聚合物介質(zhì)，會(huì)產(chǎn)生光力效應(yīng)，即光致收縮或膨脹。更為有趣的是，含有光致色變基團(tuán)的聚合物薄膜可以形成穩(wěn)定的表面起伏光柵。值得注意的是，光致構(gòu)象變化具有明顯的放大效應(yīng)，即吸收一個(gè)光子不僅影響一個(gè)基團(tuán)，而且還會(huì)影響到周邊相鄰的多個(gè)基團(tuán)，甚至整個(gè)大分子。光致色變的潛在應(yīng)用與某些材料性質(zhì)的可逆控制相關(guān)。加上聚合物具有容易制造的優(yōu)勢(shì)，含有光致色變基團(tuán)的聚合物或摻雜有光致色變化合物的聚合物得到了大量的研究。很明顯，在各種光致色變聚合物體系的研究中，含有偶氮苯基團(tuán)的體系得到了很大重視，但是其它，特別是含有二芳烯和呋喃俘精酸的體系，由于性能更好也應(yīng)更受到重視。在一些二芳烯體系，光致生色和消色的循環(huán)可以重復(fù)進(jìn)行超過(guò)104次，表現(xiàn)出不同一般的耐老化性質(zhì)[5l。熱穩(wěn)定性和老化穩(wěn)定性是與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和光子器件開(kāi)關(guān)等應(yīng)用相關(guān)的前提條件[21]，這還將在本書(shū)的第12章中討論。

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