光敏高分子材料的研究进展

光敏高分子材料的研究进展

骆海强，重庆大学化学化工学院 应用化学2班

摘要：由于当今材料科学技术的快速更迭，高分子材料逐渐成为材料科学领域中极具发展潜力的一类材料。在可利用能源不断缩减的今天，光敏高分子材料的研究力度大大提升，逐渐成为现代生活中不可或缺的部分。本文分别对光敏高分子材料的四大类——感光性高分子材料、光能转化高分子材料、光功能高分子材料及高分子非线性光学材料本身的特性及应用进行了综述性概括，以便快捷了解光敏高分子材料的特点。

0前言

随着材料科学技术相关研究人员在该领域的不断探索，高分子材料无论是在科研领域还是社会生活中，都扮演着极为重要的角色。在光电材料研究风气盛行的当下，太阳能电池、太阳能汽车等光能利用、转化设备普及的大环境下，光敏高分子材料的研究力度渐渐增加，也得到了许多理想的科研成果，

1光敏高分子材料概述

在光照下能表现出特别性能的高分子聚合物即为光敏高分子材料，是材料科学里一类主要的功能高分子材料，所触及范畴也较为普遍，如光致抗蚀剂、光导电高分子、高分子光敏剂等功能材料。

光敏高分子材料根据其自身在光照条件下所产生的反应类型及其展现出的特征性能，可以分成如下四类：感光性高分子材料、光能转化高分子材料、光功能高分子材料及高分子非线性光学材料。

现基于以上分类，对各种材料进行阐述。

2 感光性高分子材料

在光照下可以进行光化学反应的高分子材料常被称为感光性高分子材料。

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根据其用途可分为光敏涂料和光刻胶。

2.1光敏涂料

2.1.1光敏涂料的作用机理

光敏涂料具有光敏固化功能，可以利用光交联反应或光聚合反应，使其中的低聚物聚合成膜或网状。经过恰当波长照射后，光敏涂料会快速固化，获得膜状物。因为固化过程较为稳定不易挥发溶剂，从而降低了排放，提高了材料利用，保障了安全性。而且由于是在覆盖之后才发生的交联，使图层交联度更好，机械强度也更稳固。

2.1.2光敏涂料的中常见低聚物的类型

以铁酸锌环氧酯错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。 涂料为一类的环氧树脂型低聚物，在紫外光的处理下，给电冰箱表面上漆，能够是冰箱表面具有很好的柔顺性且不宜脱落。以含氟丙烯酸酯预聚物错误!未找到引用源。为一类的不饱和聚酯型低聚物，与光引发剂等结合后形成的混合型涂料，其硬度、耐挂擦力、附着力等性能大大提高。此外还有聚氨酯型低聚物错误!未找到引用源。及聚醚型低聚物。

2.2光刻胶（光致抗蚀剂）

2.2.1光刻胶的作用机理

生产集成电路的现有工艺中，通常会用这类感光性树脂覆盖在氧化层从而避免其被活性物质腐蚀。将设计好的图案曝光、显影，改变了其溶解性，其中树脂发生化学反应后去除了易溶解的物质，氧化层表面留下不溶部分，从而避免氧化层被活性物质腐蚀。 2.2.2光刻胶的分类

正性光刻胶和负性光刻胶

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是根据曝光前后涂膜的溶解性来分类

的。其中正性光刻胶受光后会降解，被显影液所消融；而与之相反，在光照后，负性光刻胶获得的图形恰好与掩膜板图形互补，即曝光处会发生交链反应形成不溶物残余在表面形成图像，而非曝光处则如正性光刻胶同样被消融，。

根据光刻胶所吸收的光的紫外波长，还可将其分为深紫外(i-线，g-线)光刻胶，远紫外(193 nm)光刻胶和极紫外(13. 5nm)光刻胶错误!未找到引用源。。Lawrie等错误!未找

到引用源。

经过多次实践合成了一种感光灵敏度为4~6 mJ/cm2、分辨率为22.5 nm的

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聚甲基丙烯酸甲酯-聚砜类光敏高分子材料，被用于非化学放大类EUV（远紫外线）光刻胶。

此外，我国在光刻胶领域的专利数在快速上升错误!未找到引用源。，但大多以研究为主，实用性不强，核心技术上较国外仍存在很大差距。

3 光能转化高分子材料

能吸收太阳光并转化成其能量的高分子材料常被称为光能转化高分子材料。按照其应用方向可分类为高分子光稳定剂和光能转换聚合物，以下分类展开介绍。

3.1 高分子光稳定剂

可以无害吸收多数光能转化成热能，以避免聚合材料发生光氧化和光降解反应的功能高分子被称为高分子光稳定剂。此中，最为常用的一类便是受阻胺类光稳定剂（HALS）。

当材料经过长期紫外光照射，材料表面的长分子链断裂为较短分子链错误!未找

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，通过内聚力拉断聚合物间分子链而形成微细裂纹。Bemporad Luca等错误!未人合成了分子内含有大批三嗪环的相对较高分子质量的受阻胺类光稳定

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剂，其光稳定性优异，当用于聚乙烯膜时，其用量为0 和0.15%，断裂延伸率为50%时，光照时长由20 h延长至3650 h。

此外，苯并类紫外线吸收剂错误!未找到引用源。在200～400 nm范围内能够较好的吸收紫外线，并且与受阻胺光稳定剂 ( HALS) 有协同效应。

3.2 光能转化聚合物

光能转化聚合物是指吸收太阳能可以将其转化为电能或化学能的聚合物。 光能转化聚合物常通过以下几种方式来实现太阳能转化:

(1)功能高分子本身或者其直接、间接就可以完成光互变异构反应，过程中可以吸收太阳能，当下主要攻克的为四环烷烃和降冰片二烯受光后产生的互变异构，从而将其光能转化为需要的电能或热能的现象；

(2) 在光电子转移反应中将高分子材料用于敏化和猝灭，可以将水分解为富

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有能量的氢气和氧气而非传统的通电消耗电能，从而完成太阳能到化学能的转化；

(3) 以其为基础原料能合成含碳类太阳能光电池。

4 光功能高分子材料

在光照激发的作用下，能展现发光、导电、变色等特殊现象的高分子材料具有优良的光功能性，故被称为光功能高分子材料。根据其不同的表现，可将其分类为高分子荧光材料、光导电高分子材料和以及光致变色高分子材料。

4.1 高分子荧光材料

高分子荧光材料的特征是磷光或荧光量子效率较为突出，它们在光照下表现出很好的光致发光性能。故常应用于医药检测，如测定核酸错误!未找到引用源。、分析蛋白质及识别癌细胞错误!未找到引用源。、跟踪查询生物大分子等。

当今，研究较为广泛的高分子荧光材料可以分为疏水类高分子材料和水溶类高分子材料。前者的主要构成为芳香烃或者具有杂环结构的高分子材料，此外还有稀土荧光高分子材料；而后者已研究证明主要是通过化学掺杂改性制备的荧光聚丙烯酰胺及其高分子材料衍生物，常见的有水性聚氨酯荧光材料错误!未找

到引用源。

。

4.2 光导电高分子材料

光照射下，电导率发生剧烈变化的功能聚合物被称为光导电高分子材料。 因高分子材料本身不理想的导电性能，故常通过与贵金属纳米材料复合，得到高分子纳米复合材料。这种新研发的复合材料有效结合了无机材料的强度、热稳定性

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，和高分子材料的不易变形、易改造性及导电性能。

此外，咔唑及其衍生物错误!未找到引用源。电子云密度较高，不仅具有较大的共轭体系还具有较强的载流子传输能力，可作为倍受人类关注的一类新型光电材料。

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4.3 光致变色高分子材料

光致变色高分子材料是指经光照射后外观受吸入波长影响而产生变化的功能聚合物。根据其变色原理，可以分为以下五种类型：螺吡喃类、俘精酸酐类、偶氮苯类、二芳基乙烯类、螺噁嗪类。

单一的有机类光致变色高分子材料和单一的无机类光致变色材料，都存在一定不可弥补的缺陷，因此，进一步发展出可以糅合两者优点、在一定程度上实现功能互补的方法和技术是时代所需。如Kopelam R等错误!未找到引用源。以邻二氮杂菲螺噁嗪和铜等二价金属离子为原料，通过配位杂化，制备出的杂化材料在光照下能快速有效的变色，性能优良。Haneda T等错误!未找到引用源。以亚水杨基苯胺与锌为原料，通过分子交换法制备出亚水杨基苯胺-Zn 复合材料，该复合材料具备有固态光致变色性能。

5 高分子非线性光学材料

高分子非线性光学材料是指光学性能受入射光强度影响而改变的高分子材料。其具有非线性光学系数大、介电常数低、反应迅速等特质。加之高分子非线性光学材料通过共价键连贯错误!未找到引用源。分子链，使其具有可变能力强的结构、优良的化学性能等。其还可制成膜状、片状、管状等多种形式。常见的高分子非线性光学材料有聚乙炔(PA)、聚二乙炔、聚噻吩、聚苯胺类

6 总结

光敏高分子材料有宽阔的运用范围，并且具备扎实的市场前景与实际价值，其研究与生制备工艺的发展也十分迅速。伴随对光化学和光物理孜孜不倦断的探讨，各类功能完备、制备便捷的高分子光敏材料和产品必将不断问世。

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