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甲基丙烯酸甲酯/含氟丙烯酸酯共聚物梯度折射率光学小球的合成与应用

作　者: 黄维
导　师: 章于川；易佑民
学　校: 安徽大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 梯度折射率悬浮聚合甲基丙烯酸甲酯复合分散剂羟基磷酸钙
分类号: TQ316.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

梯度折射率材料(Gradient-Index，GRIN)是一种新型的光学材料，在光纤通讯系统及微型光学系统等领域具有重要的应用价值。它们可具有简单的几何形状，主要依靠介质折射率的非均匀性实现各种光学功能。因其体积小、光路短、重量轻、性能优越、易于批量生产、便于集成等优点，已受到广泛的重视。已成功研究开发的梯度折射率光学器件多采用无机材料制备，对高分子梯度折射率材料的研究则开始较晚，特别是对于高分子梯度折射率光学器件的研制刚刚起步。本工作将球对称梯度折射率光学器件和高分子梯度折射率材料两方面的课题结合起来，采用悬浮—扩散共聚法和溶胀—扩散化学共聚法，用有机材料研制球对称高分子梯度折射率小球，期望解决某些理论和工艺技术上的问题，取得了一定的进展。本论文的主要工作包括以下内容：第一章首先介绍了梯度光学材料的发展、现状和类型，并介绍了高分子梯度折射率材料的类型和特点，讨论了高分子的化学结构对高分子材料光学性能的影响，评述了各种制备方法的特点和发展前景，在此基础上，提出了选题设想和依据。第二章首先介绍了梯度折射率球透镜的研究进展及应用，从理论上分析了扩散共聚法制备梯度折射率小球的折射率分布形式及单体体系的选择条件。针对悬浮聚合法制备高分子梯度折射率预聚球的工艺条件进行了探讨，研究了聚合温度、引发剂的用量、搅拌桨的形状和搅拌速度、油水比、交联剂的用量，特别是分散剂的种类和用量对预聚球的影响。采用悬浮—扩散共聚法和溶胀—扩散共聚法制备了高分子梯度折射率球，并采用FT-IR和DSC进行了表征。第三章对制备出的球透镜的折射率分布采用干涉法进行破坏性测量。对样品的制备工艺进行了一些有益的探讨，结合测量结果讨论了悬浮—扩散聚合和溶胀—扩散聚合法的工艺条件对梯度折射率分布的影响。第四章根据梯度介质球内光线传输的理论模型，用光线追迹法对分析了的GRIN小球的回归反射性能，并对最佳性能条件进行了总结分析。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-21
  1.1 梯度折射率光学材料的发展及现状  8-10
  1.2 梯度折射率材料的类型  10-12
    1.2.1 轴向梯度折射率材料(A.GRIN)  11
    1.2.2 径向梯度折射率材料(R.GRIN)  11
    1.2.3 球对称梯度折射率材料(S.GRIN)  11-12
  1.3 高分子梯度折射率材料  12-19
    1.3.1 高分子梯度折射率材料的类型及制备方法  12-17
    1.3.2 高分子梯度折射率材料的特点  17-18
    1.3.3 化学组成和结构对高分子材料光学性能的影响  18
    1.3.4 制备高分子梯度折射率材料的单体应满足的条件  18-19
  1.4 本课题的研究目的及研究意义  19
  1.5 本课题的主要研究内容  19-21
第二章高分子梯度折射率小球的制备  21-75
  2.1 梯度折射率球透镜的研究发展及应用  21-22
  2.2 球对称高分子梯度折射率小球的制备方法  22-24
    2.2.1 悬浮—扩散共聚法制备GRIN小球  23
    2.2.2 溶胀—扩散共聚法制备GRIN小球  23-24
  2.3 GRIN球透镜折射率分布的理论分析  24-25
  2.4 单体的选择及其特点  25-29
    2.4.1 单体体系的选择条件  25-26
    2.4.2 单体及聚合物的溶度参数  26
    2.4.3 单体及聚合物折射率的计算与测量  26-27
    2.4.4 单体体系的选择  27-28
    2.4.5 含氟聚合物的特点  28-29
  2.5 悬浮聚合法制备高分子预聚球的研究  29-56
    2.5.1 实验部分  29-32
    2.5.2 结果与讨论  32-55
      2.5.2.1 聚合温度的影响  32
      2.5.2.2 引发剂浓度的影响  32-33
      2.5.2.3 搅拌桨的形状和搅拌速度的影响  33-34
      2.5.2.4 油水比的影响  34-35
      2.5.2.5 交联剂用量的影响  35-36
      2.5.2.6 分散剂的种类和用量的影响  36-55
    2.5.3 结论  55-56
  2.6 高分子梯度折射率小球的制备  56-75
    2.6.1 悬浮—扩散共聚法制备高分子梯度折射率小球  56-65
      2.6.1.1 实验部分  56-58
      2.6.1.2 结果与讨论  58-64
        2.6.1.2.1 红外吸收光谱(FT-IR)表征  58-63
        2.6.1.2.2 差示扫描量热(DSC)表征  63-64
      2.6.1.3 结论  64-65
    2.6.2 溶胀—扩散共聚法制备高分子梯度折射率小球  65-75
      2.6.2.1 实验部分  65-67
      2.6.2.2 结果与讨论  67-74
        2.6.2.2.1 红外吸收光谱(FT-IR)表征  67-73
        2.6.2.2.2 差示扫描量热(DSC)表征  73-74
      2.6.2.3 结论  74-75
第三章高分子GRIN小球折射率分布的测试  75-86
  3.1 实验部分  75-80
    3.1.1 测量装置原理及折射率计算的理论分析  75-77
    3.1.2 样品切片的制备  77-78
    3.1.3 折射率匹配液的配制  78-80
  3.2 折射率分布的测量及结果分析  80-86
    3.2.1 悬浮—扩散共聚法制备的GRIN小球折射率分布的测量及结果分析  80-83
      3.2.1.1 球对称GRIN小球理想模型的折射率分布的理论分析  80-81
      3.2.1.2 GRIN小球折射率分布的测量及结果分析  81-83
    3.2.2 溶胀—扩散共聚法制备的GRIN小球折射率分布的测量及结果分析  83-86
      3.2.2.1 球对称GRIN小球理想模型的折射率分布的理论分析  83-84
      3.2.2.2 GRIN小球的折射率分布的测量及结果分析  84-86
第四章自制高分子GRIN小球用作回归反射材料的性能分析  86-94
  4.1 光线追迹简介  86-91
    4.1.1 球梯度介质中的光线追迹简介  86-87
    4.1.2 光线微分方程的降阶  87-88
    4.1.3 光线追迹迭代公式的推导  88-89
    4.1.4 折射率分布曲线的拟合  89-91
    4.1.5 光线追迹的检验公式  91
    4.1.6 运用于回归反射膜的光线追迹编程  91
  4.2 自制高分子GRIN小球用作回归反射材料的性能分析  91-94
结论  94-95
附录  95-96
参考文献  96-104
致谢  104-105
攻读硕士学位期间发表的论文  105

甲基丙烯酸甲酯/含氟丙烯酸酯共聚物梯度折射率光学小球的合成与应用

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