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偶氮聚合物光致各向异性及应用研究

作　者: 雷张源
导　师: 王克逸
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 偶氮聚合物光致双折射氢键超分子轴对称相位延迟片
分类号: O631.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本论文的工作主要分为两个部分:一是研究分子结构变化对偶氮聚合物薄膜的光响应性质的影响;二是利用偶氮聚合物薄膜制作轴对称相位延迟片;主要内容和结果分述如下。1.对偶氮苯和一些光学基础知识的简单介绍。2.合成了单偶氮聚合物（AzoNO₂-co-HEMA）和双偶氮聚合物（biAzoNO₂-co-HEMA）。搭建了偶氮聚合物的光致双折射值测量平台,泵浦光的波长为442nm,利用该平台分别研究了经过预极化和未经过预极化的单偶氮聚合物和双偶氮聚合物的光致取向行为。结果表明该种双偶氮聚合物的光致双折射最大值大约是单偶氮聚合物光致双折射值的5倍。而对于经过紫外汞灯预极化的偶氮样品,不管是单偶氮聚合物还是双偶氮聚合物,它们取向最大值都要比没有经过预极化处理过的同种样品增大了。在双偶氮聚合物分子结构的基础上,用氢键自组装的方式制备了超分子双偶氮聚合物。这种超分子双偶氮聚合物由氢键给体小分子偶氮苯化合物AzoCN和氢键受体偶氮吡啶聚合物pAzopy合成。我们制备了pAzopy和AzoCN摩尔比分别为0.25,0.5,0.75,1的聚合物薄膜样品。我们利用光致双折射平台研究这一系列样品的光致取向行为。结果表明pAzopy和AzoCN摩尔比越高偶氮聚合物材料双折射值越大,从0.0265一直增加到0.1。值得关注的是摩尔比低于50%时,偶氮聚合物薄膜弛豫表现为曲线缓慢下降最后趋向平衡。而当摩尔比高于50%时偶氮聚合物关闭泵浦光后曲线缓慢上升最后趋向平衡,这个实验结果说明了摩尔比超过50%的偶氮聚合物其保存写入信息的能力增强了,因而也更稳定了。为了确定双折射增加是由于超分子作用的结果,我们用不含吡啶取代基的pAzoCH3和AzoCN混合涂膜来做对比实验,pAzoCH3不能和AzoCN进行氢键自组装,所以不存在超分子相互作用,与它做对比的是摩尔比为1的超分子双偶氮聚合物,结果显示和pAzoy相比pAzoCH3/（AzoCN）1的双折射值增大了13%左右。3.制备了交联的偶氮聚合物材料薄膜,并用该种材料制作了轴对称相位延迟片。基于偶氮聚合物的光致异构特性,搭建了偏振光诱导装置,该装置包括轴对称相位延迟片的制作光路、实时检测光路以及上位机的软件控制系统。制作方法是将偶氮样品薄膜固定在一个旋转台上,旋转台由五相步进电机编程控制,让经过偏振态调制的波长为441.6nm的偏振光束沿旋转台半径方向照射在样品上。制作过程中,写入光束保持不动,偶氮样品随旋转台转动,实验中同时对偶氮样品的相位延迟做实时的检测,软件控制系统采集和记录检测光路的透射光强值,当在上位机软件中观察到检测光路的透射光强值达到需要的值时停止写入光的照射;最后是对做出的相位延迟片进行定性的测量,定性的测量采用的方法是将轴对称相位延迟片放置于两片正交的偏振片之间,使用CCD在检偏器后照相记录透过的光强分布,以此来检验轴对称相位延迟片得对称度。实验测得薄膜材料的双折射值为0.0205,样品薄膜厚度是3um,薄膜的相位延迟为65°。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-10
第一章绪论  10-28
  1.1 偶氮苯的特性  11-15
    1.1.1 偶氮苯的光响应  11-12
    1.1.2 偶氮苯的取向  12-13
    1.1.3 偶氮苯的体系  13-15
  1.2 偶氮苯功能材料的研究进展  15-26
    1.2.1 偶氮聚合物胶体球及其阵列制作  15-19
    1.2.2 用偶氮功能材料制作表面起伏光栅  19-24
    1.2.3 偶氮材料的光致形变  24-26
  1.3 本论文的基本内容  26-28
第二章相关概念介绍  28-37
  2.1 双折射简介  28-29
  2.2 相关检测技术  29-33
    2.2.1 相关函数的运算  29-30
    2.2.2 相关函数的算法和实现  30-32
    2.2.3 利用相关检测对噪声中的信号进行恢复  32-33
  2.3 有机化学相关概念  33-37
    2.3.1 有机物的特点  33-35
    2.3.2 有机物的波谱分析  35-37
第三章偶氮聚合物结构设计  37-53
  3.1 研究背景  37-38
    3.1.1 结构对性质的影响  37-38
    3.1.2 本章内容  38
  3.2 偶氮样品双折射测量方法及系统搭建  38-42
    3.2.1 偶氮样品双折射测量方法  38-41
    3.2.2 光致双折射测量系统搭建  41-42
  3.3 单偶氮与双偶氮的对比研究  42-45
    3.3.1 样品的合成  43-44
    3.3.2 实验过程  44
    3.3.3 结果与讨论  44-45
  3.4 基于双偶氮的氢键自组装超分子体系  45-52
    3.4.1 引言  45-46
    3.4.2 制备过程  46-48
    3.4.3 结果与讨论  48-52
  3.5 结论  52-53
第四章偶氮聚合物的应用  53-63
  4.1 研究背景  53-55
  4.2 在偶氮在偶氮薄膜上制作轴对称相位延迟片的方法研究  55-63
    4.2.1 光的偏振态转换  55-57
    4.2.2 实验过程  57-58
    4.2.3 结果与讨论  58-63
第五章结束语  63-65
  5.1 本文总结  63-64
  5.2 后续工作  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-70
攻读硕士期间发表文章  70

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