夹层型有机硅聚合物电光材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种夹层型有机硅聚合物电光材料及其制备方法。该材料各组分的重量百分比含量为：发色基团２０～５０％、光导基团１０～２５％、聚氢化甲基硅氧烷２５～６５％、光敏剂０．１～０．２％。先将聚氢化甲基硅氧烷在催化剂作用下与光导基团和发色基团反应；再将所得产物加光敏剂后溶于溶剂中；然后在镀有氧化铟锡的玻片或石英片上成膜，搭接叠放，引出电极，即为本产品。本发明专利技术工艺简单，且容易控制，材料的性能可调节，且电光性好，可广泛适用于光储存、三维全息存储、光信息处理包括像放大和像相关、畸变修正、空间光调制等场合。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及聚合物电光材料及其制备，特别是适合可应用于光储存、三维全息存储、光信息处理包括像放大和像相关、畸变修正、空间光调制等场合中的。美国专利US05255428公开了一种以环氧树脂为基材的电光聚合物电压传感器的制备方法，其制备采用掺杂共混的方法，即将发色团化合物分散在环氧树脂中，然后通过将环氧树脂固化以达到固定发色团的目的。例如其组分配比为重量百分数5％的分散红1溶于环氧树脂中或制备环氧树脂的单体中，然后通过固化或合成及固化的方式，制得主／客体系的掺杂型电光聚合物，以及侧链包含有发色团或交联网络中包含有发色团的电光聚合物。由于发色团在环氧树脂或其单体中的溶解度有限，该方法制得的电光材料中发色团的百分含量有限且难以调节。因此，该方法制备得到的聚合物电光材料其电光性能较低、用途不广，如仅适用于制作电压传感器。美国专利US05856384公开了一种以多环芳香族化合物为发色团的非线性聚合物光学材料的制作方法，其发色团采用烷基、氨基、烷氧基等作为给电子基团，利用硝基、卤素等作为吸电子基团。其发色化合物的合成步骤如将N-(2，5-二-叔-丁基苯基)-3，4，9，10-二萘嵌苯四羧酸-3，4-酸酐-9，10-亚胺和1，2-苯撑二胺在180℃下加热4小时；冷却，并将所得溶液倒入乙醇中，用甲醇洗涤，然后与1％的氢氧化钾溶液共沸，所得产物过滤、用甲醇洗涤，烘干。将上述制得的发色团化合物混入聚酰亚胺溶液中，在高温下固化即制备得到非线性光学材料。该方法主要制备具有非线性性能的光学材料，其组分中并无光导基团，因此所制得的材料仅具有非线性光学性能，而不具备明显的电光性能，且该方法其实质同样是采用掺杂过程。本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种夹层型的电光性能优异、稳定且可调的聚合物电光材料及其简便而实用的制备方法。本专利技术的目的可通过如下措施来达到夹层型有机硅聚合物电光材料，其特征在于组分含量如下组分 重量百分比发色基团 20～50％光导基团 10～25％聚氢化甲基硅氧烷 25～65％光敏剂0．1～0．2％发色基团选自含有烷基、烷氨基、氨基、烷氧基、羟基、烷巯基、巯基、卤素、铵基、硝基、氰基、醛基、羧基等官能团的偶氮类、苯乙烯类或芪类中烷基含1-10个碳原子为宜的化合物，优选含有氨基、羟基及硝基的偶氮化合物和芪化合物；光导基团选自含有非定域共轭结构的多环化合物，优选芳环腙及咔唑基；光敏剂选自光照条件下可产生电荷的多环化合物，优选三硝基芴酮及C60。夹层型有机硅聚合物电光材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤步骤一备料按所需材料的电光系数大小，在下列组分含量范围内调整各组分的重量百分比含量，并按调整好的配方备料发色基团20～50％，光导基团10～25％，聚氢化甲基硅氧烷25～65％和光敏剂0．1～0．2％；步骤二光导基团的硅氢加成反应将步骤一组分中的聚氢化甲基硅氧烷、光导基团溶于溶剂甲苯中配成重量浓度为10％的溶液，加入按聚氢化甲基硅氧烷重量的2％的催化剂氯铂酸；在氮气氛围下加热至50℃～60℃并保持2～10小时，将所得产物倒入冷己烷中，过滤获得沉淀物；步骤三发色基团的偶合接枝反应将上述沉淀物溶解于四氢呋喃∶甲醇的体积比为3∶1的混合液中，在搅拌条件下加入等量苄基三甲基铵，反应1～5小时后，所得白色产物用去离子水洗涤；将此白色产物加入重量百分浓度为10％的NaOH溶液中，加热至50～85℃并保持10～30小时，然后，将所得的产物和发色团溶解于四氢呋喃或三氯甲烷中，回流条件下搅拌6～18小时，再将所得产物逐滴加入甲醇∶盐酸的体积比为50∶1的混合液中，过滤沉淀物，用甲醇洗涤，即制得有机硅聚合物电光材料。步骤四夹层的制备将所制得的有机硅聚合物电光材料溶解于溶剂二氯甲烷或甲苯中配成重量百分浓度0．1％～10％的溶液，加入光敏剂，搅拌均匀，用旋转涂膜法在镀有氧化铟锡(ITO)的玻片或石英片上成膜，将数片上述膜以搭接形式叠放，膜与膜之间以玻片或石英片为间隔，并以焊锡或贴导电胶带的方式在每层上引出两个电极，即制得夹层型有机硅聚合物电光材料。根据物理光学的理论，在外加电场的作用下，某些晶体的折射率椭球的大小和方位会发生变化；当光通过有外加电场作用的这种晶体时，晶体除了产生自然双折射现象外，还产生一个与外加电场作用有关的双折射现象；这种由电场引起的感应双折射现象称为电光效应。由于电光效应的驰豫时间极短，当施加电场时，介质的折射率变化在瞬时之间发生，而当外加电场撤消时，折射率又在瞬时之内恢复正常。因此，电光效应为我们提供了高速调制光的振幅、频率或相位的手段。为了制备性能优异的电光材料，要求材料具有较高含量的光导基团及发色基团，以使材料在外加电场作用下可产生空间电荷场，通过电光效应使材料的折射率发生变化。同时，为了保证材料的电光系数较高，又要求材料有顺畅的载流子通道，于是就要求材料中的光导基团分布均一。本专利技术利用“高保真”的硅氢加成和偶合反应将发色团和光导基团接枝到有机硅聚合物分子链上，通过使发色团和光导基团均匀分布在聚合物分子链上，保证制备的材料具有高效的取代度、顺畅的载流子传输路径，从而实现较高和稳定的电光性能。还可以通过调整聚合物微相结构如取代度、阻隔基长度、取代基团种类来控制材料的电光系数。此外，还利用多层结构的设计，每层之间以玻片或石英片为间隔，从而控制所制得的材料的厚度，同时又可大大提高材料的电光性能。本专利技术与现有技术相比具有如下突出的优点1、首次提出利用硅氢加成及偶合反应将发色团及光导基团均匀地接枝到有机硅聚合物分子链上，利用多层结构的设计来保证材料具有高效的取代度、顺畅的载流子传输路径和较高的电光系数，工艺简单，聚合反应容易控制，得到的电光材料其发色团及光导基团的含量可调，从而使得其电光性能可得到调节。2、本法制造的电光材料电光性能稳定、优异，工作电压较低。可用于光储存、三维全息存储、光信息处理包括像放大和像相关、畸变修正、空间光调制等场合。3、本法制造的夹层型有机硅聚合物电光材料其电光性能好，实施例1-6中以反射法测定的测试结果如下表所示<tables id="table1" num="001"><table>取代度(％)层数电光系数(pm／V)衍射效率(％)膜均匀性实施例195以上63475均匀实施例295以上31636均匀实施例395以上64486均匀实施例495以上31534均匀实施例595以上31840均匀实施例695以上33565均匀</table></tables>下面给出如下实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1组分重量百分比4-(N-乙基-N-羟乙基氨基)-4’-硝基-1，1’-偶氮苯30％烯丙基咔唑15％聚氢化甲基硅氧烷 54．8％三硝基芴酮0．2％按照上述配比，先将聚氢化甲基硅氧烷及烯丙基咔唑溶于甲苯中配成浓度为10％溶液，加入按聚氢化甲基硅氧烷重量的2％的氯铂酸；在氮气氛围下加热至60℃并保持10小时，将所得产物倒入冷己烷中，过滤后将滤出物溶于四氢呋喃和甲醇混合液(体积比3∶1)中，在搅拌条件下加入等量的苄基三甲基铵，反应5小时后，所得白色产物用去离子水洗涤；将此白色产物加入重量百分浓度为10％的NaOH溶液中，加热至85℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
夹层型有机硅聚合物电光材料，其特征在于组分含量如下：组分 重量百分比发色基团 ２０～５０％光导基团 １０～２５％聚氢化甲基硅氧烷 ２５～６５％光敏剂 ０．１～０．２％发色基团选自含有烷基、烷氨基、氨基、烷氧基、羟基、 烷巯基、巯基、卤素、铵基、硝基、氰基、醛基、羧基等官能团的偶氮类、苯乙烯类或芪类中烷基含１～１０个碳原子的化合物；光导基团选自含有非定域共轭结构的多环化合物；光敏剂选自光照条件下可产生电荷的多环化合物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴水珠，曾钫，李凤仙，沈家瑞，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]