具有高折射率的聚合物被廣泛應用于光學領域,比如鏡片,封裝膜,增透膜及紅外顯像。通常,高折射率聚合物主要分為兩類:本征型和納米復合型。納米復合型因摻雜了高折射率的無機納米粒子而表現出高于1.8的折射率,但其穩定性和加工性較差。本征高折射率聚合物則可以避免以上不足,但折射率難以突破1.8。因此,設計并制備具有高折射率的本征聚合物成為現今的一大熱點。
近年來,含硅聚合物因其優異的穩定性和與基底極強的粘附性而備受關注。而含硅的本征高折射率聚合物大部分為聚硅氧烷,合成方法大多采用溶膠-凝膠或硅氫加成。這兩種方法制備出的含硅聚合物折射率并不高(約1.6),因而其應用范圍大大受限。除了高折射率這一必要因素外,耐熱性和透光性也對聚合物材料能否廣泛運用有著至關重要的影響。
中科院上海有機所房強研究員課題組,以價廉易得的4-氯苯乙烯,四乙氧基硅烷和4''''4-二巰基二苯硫醚為原料,運用Piers-Rubinsztajn 反應和Thiol-Ene偶聯反應快速高效地制備出了兩種硅氧烷-硫化聚合物。4''''4-二巰基二苯硫醚不具有普通硫醇難聞的氣味,使用其為原料不僅有利于聚合物的大量制備,而且芳香基團可以顯著提高聚合物的耐熱性。相比于其他含硅本征高折射率聚合物,該類聚合物表現出較好的熱穩定性,其玻璃化溫度高達120 ℃,5%熱失重分解溫度高達320 ℃。這一優異的耐熱性擴大了它們在高耐熱光學材料中的應用。此外,兼具柔性和韌性的聚合物薄膜在可見光波長為546nm處表現出高達1.665的折射率,在近紅外光波長為1000nm處仍保持1.648的高折射率(圖1)。并且,在波長為400至 2000 nm區間內,聚合物薄膜的透光率均高達90%(圖2)。以上優異的性能表明所制備的新型本征高折射率硅氧烷-硫化聚合物具有廣泛的光學應用前景,可被應用于增透膜、LED封裝材料和紅外光傳輸材料。
圖1,硅氧烷-硫化聚合物薄膜的折射率隨波長變化曲線圖。
圖2,硅氧烷-硫化聚合物薄膜的紫外-近紅外光譜圖。
這一成果近期發表在《Macromolecules》上,中科院上海有機所碩士生陳曉瑤為論文的第一作者,房強研究員和孫晶副研究員為論文的通訊作者。該研究工作得到國家自然科學基金項目(21574146,21774140)的資助。
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