高分子材料的光学性能篇1
关键词：功能高分子材料光功能电功能高吸水性树脂生态可降解
目前，功能高分子材料的研究正在不断地加强和深入。一方面，对重要的功能高分子材料继续改进和推广，使它们的性能不断提高，应用范围不断扩大。另一方面，与人类自身密切相关、具有特殊功能的材料的研究也在不断加强，并且取得了一定的进展，总之功能高分子材料的应用范围正在逐渐扩展，必将对人们的生产和生活产生越来越大的影响。
一、功能高分子材料的介绍以及其研究现状
1.功能高分子材料的简介
功能高分子材料是指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料，通常也可简称为功能高分子，也可称为精细高分子或特种高分子。
2.功能高分子材料的研究现状
在原来高分子材料的基础上，可将功能高分子材料分为两类：一类是以改进其性能为目的的高功能高分子材料；另一类是为赋予其某种新功能的新型功能高分子材料。
2.1高功能高分子材料
2.1.1光功能高分子材料
光功能高分子材料是指能够对光进行透射、吸收、储存、转换的一类高分子材料，可制成各种透镜、棱镜、塑料光导纤维、塑料石英复合光导纤维、感光树脂、光固化涂料及黏合剂等。这类材料主要包括光记录材料、光导材料、光加工材料、光转换系统材料、光学用塑料、光导电用材料、光合作用材料、光显示用材料等。在光的作用下，实现对光的传输、吸收、贮存、转换的高分子材料即为光功能高分子材料
2.1.2生物医用高分子材料
生物医用高分子材料需要满足的基本条件：除具有医疗功能外，还要强调安全性，即要对人体健康无害。不会因与体液或血液接触而发生变化；对周围组织不会引起炎症反应；不会产生遗传毒性和致癌；不会产生免疫毒性；长期植入体内也应保持所需的拉伸强度和弹性等物理机械性能；具有良好的血液相容性；能经受必要的灭菌过程而不变形；易于加工成所需要的、复杂的形态。
2.1.3电功能高分子材料
导电高分子材料通常是指一类具有导电功能、电导率在10-6S/cm以上的聚合物材料。这类高分子材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜，以及电导率可在绝缘体-半导体-金属态（10-9到105S/cm）的范围里变化。按照材料结构和制备方法的不同可把导电高分子材料分为结构型（或本征型）导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类。
2.2新型功能高分子材料
2.2.1高吸水性高分子材料
高吸水性树脂是一种三维网络结构的新型功能高分子材料，它不溶于水而大量吸水膨胀形成高含水凝胶。高吸水性树脂的主要性能是具有吸水性和保水性。它可吸收自身重量数百倍至上千倍的水，自身含有强亲水性基团同时具有一定交联度。，此外，高吸水性树脂的保水性能极好，即使受压也不会渗水，而且具有吸收氨等臭气的功能。高吸水性树脂在石油、化工、轻工、建筑等部门被用作堵水剂、脱水剂、增粘剂、密封材料等；在农业上可以做土壤改良剂、保水剂、植物无土栽培材料、种子覆盖材料，并可用以改造沙漠，防止土壤流失等；在日常生活中，高吸水性树脂可用作吸水性抹布、餐巾、鞋垫、一次性尿布等。
2.2.2形状记忆功能高分子材料
形状记忆功能高分子材料自19世纪80年现热致形状记忆高分子材料，人们开始广泛关注作为功能材料的一个分支——形状记忆功能高分子材料。形状记忆功能材料的特点是形状记忆性，它是一种能循环多次的可逆变化。即具有特定形状的聚合物受到外力作用，发生变形并被保持下来；一旦给予适当的条件（力、热、光、电、磁），就会恢复到原始状态。
2.2.3生物可降解高分子材料
生物降解高分子材料具有无毒、可生物降解及良好的生物相容性等优点，所以其应用领域非常广，市场潜力非常大。高分子的降解主要是各种生物酶的水解，其中聚乳酸类高分子是已开发应用于生命科学新型生物可降解材料，生物降解高分子材料除了在包装、餐饮业、农业、医药领域的应用外，在一次性日用品、渔网具、尿布、卫生巾、化妆品、手套、鞋套、头套、桌布、园艺等多方面都存在着潜在的市场，有很好的发展前景。
二、新型高分子材料的应用
现代高分子材料是相对于传统材料如玻璃而言是后起的材料，但其发展的速度应用的广泛性却大大超越了传统材料。高分子材料不仅可以用于结构材料，也可以用于功能材料。
这些新型的高分子材料在人类的社会生活、医药卫生、工业生产和尖端技术等方方面面都有广泛的应用。在生物的医用材料界中研制出的一系列的改性聚碳酸亚丙酯（pm-ppC）的新型高分子材料是腹壁缺损修复的高效材料；在工业污水的处理中，可以利用新型高分子材料的物理法除去油田中的污水；开发的苯乙烯、聚丙烯等热塑性树脂及聚酰亚胺等热固性树脂复合材料，这些材料比模量和比强度比金属还高，是国防、尖端技术等方面不可缺少的材料；同样，在药物的传递系统中应用新型的高分子材料，在包转材料中的应用，在药剂学中应用等等。
三、开发新型高分子材料的重要意义
从上世纪30年代高分子材料的出现开始到现代，世界工业科学不再只是满足与对基础高分子材料的开发研究，从90代开始，科学家们就将注意力转到了高智能的高分子材料的开发上。新型高分子材料的开发主要是集中在制造工艺的改进上，以提高产品的性能，减少环境的污染，节约资源。目前而言，合成树脂新品种、新牌号和专用树脂仍然层出不穷，以茂金属催化剂为代表的新一代聚烯烃催化剂开发仍然是高分子材料技术开发的热点之一。在开发新聚合方法方面，着重于阴离子活性聚合、基团转移聚合和微乳液聚合的丁业化。同时，也更加重视在降低和防止高分子材料生产和使用过程中造成的环境污染。新型高分子材料的开发，不但能够满足现代工业发展对于材料工业的高要求，更重要的是能够促进能源与资源的节约，减少环境的污染，提高生产的能力，体现现代科技的高速发展。加快高分子材料回收、再生技术的开发和推广应用，大力开展有利于保护环境的可降解高分子材料的研究开发。
四、结束语
材料是人类用来制造各种产品的物质，是人类生活和生产的物质基础，是一个国家工业发展的重要基础和标志。我国国民经济和高技术已进入高速发展时期，需要日益增多的高性能、廉价的高分子材料，环境保护则要求发展环境协调、高效益的高分子材料制备和改性新技术，实施高分子材料绿色工程。作为材料重要组成部分的高分子材料随着时代的发展，技术的进步，越来越能影响人类的生活，工业的进步。
参考文献
[1]严瑞芳.高分子形状记忆材料.材料科学技术百科全书[m].北京：中国大百科全书出版社，2008：382～383.
高分子材料的光学性能篇2
[关键词]纳米材料；技术；涂料；应用
中图分类号：tQ63文献标识码：a文章编号：1009-914X（2017）25-0397-02
1纳米材料的概述
纳米材料是指由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子组成的新一代材料。而纳米技术是研究物质组成体系的运动规律和相互作用以及在应用中实现特有功能和智能作用的一种科学技术。纳米涂料是利用纳米粒子抗紫外线的性能对涂料进行改性，提高涂料的某些性能。纳米涂料也是纳米复合涂料，是在涂料生产过程中加入纳米粒子，从而产生许多优异性能，使纳米涂料具有优异的力学、热学、光学及电磁学性能，这些都是传统涂料不能比拟的，而且添加不同的纳米粒子便生产出不同功能的纳米涂料，从而扩大了涂料的应用范围。
纳米涂料的发展：首先，纳米材料在我国的发展已经很广泛，在市场上也取得较好的反应，纳米建筑涂料是纳米涂料用量最大的品种之一，也是提升传统涂料的重点领域。近几年来，纳米材料的发展更为迅速，在建筑行业中，主要被用于改善建筑内墙涂料的抗菌性和建筑外墙涂料的耐候性，已经逐渐形成一种产业。但是还是落后于发达国家，国外的纳米材料的应用，对于纳米涂料的应用，国外对其的开发起步较早并形成产业化，美国对于纳米材料的应用主要用于绝缘涂料、豪华轿车面漆以及军事方面，还开展了在包装上使用阻隔性涂层、透明并耐磨性涂料、光致变色涂料等纳米涂料的应用研究。而日本主要在由光催化进行自动清洁涂料、静电屏蔽涂料的研究方面取得成效并将其发展为产业化。
2纳米材料的物理性能
纳米材料中能级分裂和电子布局的变化；纳米材料电子的强关联或相关性；纳米材料具备的激子过程和激发态；纳米材料的表面态与表面结构：纳米材料占比例较大的是的其表面，当纳米材料减少到10nm时，体内原子和表面原子的数目比将达到50%。表面原子与体内原子所处的化学环境截然不同，因此会有表面相形成。但是，由于普通材料中，表面相受到比例小的影响，局限性较大。对于纳米材料来说，由于自身表象与体相比例相差不大，因此，在許多物理变化以及化学变化中的作用显著，而且更加利于人们对其进行研究；纳米材料的量子隧穿与纳米尺度的耦合：目前改性涂料所使用纳米材料一般为半导体纳米材料，如纳米Sio2、tio2、Zno等，半导体纳米材料比较特殊；具有光学性；纳米半导体粒子，1-100nm。由于量子尺寸效应差异较大，因此目前最活跃的研究领域之一就是纳米半导体粒子的光化学性质和光物理性质，对于纳米半导体粒子所具有的室温光致发光及超快速的光学非线性响应等特性更加受到关注。一般情况下，当导体激子玻尔半径与导体粒子尺寸半径极其相近时，随着导体粒子尺寸的变化，其导体的有效带隙也随之发生变化。导体尺寸越小，其导体的有效带隙越多，其相应的荧光光谱和吸收光谱会发生蓝移，最终形成能级在能带中。
3纳米材料的其他性能
3.1光学性能：当纳米微粒的粒径与电子的德布罗意波长、超导相干波长以及玻尔半径相当时，其具有较为显著的尺寸效应。同时，纳米材料的比表面使处于小颗粒内部的电子、原子以及处于表面态的电子、原子与的行为有很大的差别，影响纳米微粒的光学特性与纳米材料的这种量子尺寸效应和表面效应有很大的关系。这是同样材质纳米材料的宏观大块物体不具备的。例如Sio2、tio2、Zno等，能够很好的吸收紫外光，而其中一些氧化物几乎不吸收紫外光，例如亚微米的tio2。由于这些纳米材料具有良好的半导体特性，因此容易吸收紫外光，其主要原因是由于电子被激发发生跃迁，从而吸收紫外光线。纳米材料与具有相同材质的大块材料相比，纳米材料在吸收紫外光线过程中，会出现蓝移现象，出现蓝移现象的原因有，量子尺寸发生变化，能隙变宽，光吸收靠近短波。另一种是表面效应。大的表面张力使晶格畸变，晶格常数变小。
3.2吸附性能：当不同相相接触并且互相结合时，就是吸附现象。纳米微粒与材质相同的一些材料相比吸附性较强，主要是由于其比表面积较大，并且其表面得原子不能足够配位。影响纳米材料吸附性能的因素较多，其中，溶液性质、被吸附物质的性质、溶剂性质都可能对其产生影响。比如，水溶液的pH值不同，纳米材料微粒的电性也不相同，有可能带正电、也有可能带负电、还有可能呈中性。这些粒子所形成的吸附键不同，其吸附作用也具有差异。一些纳米材料能够利用气体，形成吸附层，如纳米氧化物可以与空气中的一些气体结合形成吸附表层。气体不同，形成的吸附层也不相同。
4纳米材料在涂料中的应用
4.1力学性能的改善
涂料力学性能主要表现在强度、硬度、耐磨性等方面，涂料力学性能的好坏直接关系到涂料的使用寿命。在涂料实际应用过程中，受多种因素的影响，会出现力学性能的变化，从而难以发挥涂料应有的作用。而纳米材料的应用能够有效地改善涂料的力学性能。纳米材料中的纳米粒子比表面积要大，能够与有机树脂基质之间存在良好的界面结合力，大颗粒与成膜物之间的空隙非常小，能够有效地减少毛细作用，从而提高涂层的强度、硬度以及耐磨性。
4.2光学性能的改善
涂料主要是涂在物体表面，而在物体表面，涂料很容易腐化、脱落，而出现这种问题的根源就在于涂料的光学性能比较差，涂料在太阳的照射下快速地发生反应。而纳米材料具备大颗粒所不具备的光学性能。当纳米级微粒掺和进母体材料时，可以提高母体材料的透明性，从而直接散射紫外光，同时，能够将紫外光纤带出散射区域，从而大大的增强涂料的曝光、保色及抗老化性能。
4.3提高光催化效率
就纳米材料而言，纳米粒子尺寸小，比表面积要大，表面原子配位不全，从而使得表面活性点增多，由于表面活性点比较多，反应接触面就比较大，催化效率就要高。对于涂料这种产品而言，纳米材料的可以作为涂料的光催化剂，因纳米粒子的粒径小，粒子吸收光能后，激发出的极子所到达表面的数量就会增多，从而加速催化，提高涂料的光催化性能。如二氧化钛的光催化性能，这种光催化剂集广泛应用于废水处理、有害气体净化、日用品等领域，同时还可以环境保护涂料自己杀菌涂料。
5纳米材料在涂料中应用的关键问题
纳米材料作为科技产物，它的作用毋庸置疑，但是就纳米材料在涂料中的应用来看，还处于初级阶段，在实际应用过程中出现了一些问题，纳米材料在涂料中的应用还有待于深入研究。纳米微粒比表面积以及表面张力大，纳米微粒容易吸附而发生团聚，而这种易团聚的粒子很难分散开来，如果这些团聚的粒子没有良好的分散，就难以发挥纳米材料在涂料中应有的作用。因此，针对纳米粒子团聚问题，就必须深入研究纳米粒子团聚后的分散，要加大研究，以科学、先进的方法来讲这些团聚的粒子来分散。纳米材料属于该科技产品，纳米材料在涂料中的应用与其他材料在涂料中的应用情况有着一定的区别，纳米材料在应用过程需要根据涂料的特性来进行，但是就目前来看，纳米材料对涂料的作用研究还不够深入，以至于纳米涂料技术水平不够高，涂料性能与国外相比存在着一定的差距。因此，加大科技的研究是纳米材料普及应用的保障。一方面，要继续深入研究纳米材料科技，不断提高纳米材料技术含量，另一方面，要加强国际合作，学习国外先进的技术理念，从而更好地发挥纳米材料在涂料中的作用，不断能提高涂料的性能。
6纳米材料及其技术在涂料中的应用
6.1tio2在涂料中的应用
纳米tio2具有光学效应，其粒径发生改变，光学效应也发生变化。纳米tio2中的金红石型材料能够变色，角度不同，颜色随之发生改变。多应用于汽车喷漆中，能够产生一些很神奇的变化。利用纳米tio2中的紫外吸收特性，对汽车面漆的耐候性能有较大的提升。除此之外，纳米tio2还具有光催化特性，利用其这一特性，能够对空氣产生净化作用，并且对于空气中的其他污染物进行降解，保护环境。
tio2的光催化效应及应用：纳米二氧化钛具有高的光催化活性，是一种光催化半导体抗菌剂，在波长小于400nm的光照下，能吸收能量高于其禁带宽度的短波光辐射，产生电子跃迁，价带电子被激发到导带，形成空穴-电子对，并将能量传递到周围介质，诱发光化学反应，具有光催化能力。一般抗菌剂有杀菌作用，但不能分解毒素，而二氧化钛利用生成的活性氧杀菌，并且能使细菌死后产生的内毒素分解。纳米tio2广泛应用于自洁陶瓷、玻璃以及厨房和医院设施中，一些高速公路两侧的护墙上也涂有纳米tio2以消除汽车尾气的影响。
tio2的紫外屏蔽应用：纳米tio2的小尺寸效应、量子效应和诱导效应可使光吸收带蓝移，产生强的紫外吸收。纳米tio2具有很好的紫外线屏蔽作用，也是一种防老化材料，可将其均匀分散到涂料中制成紫外线屏蔽涂层和抗老化涂层。纳米tio2作为一种良好的永久性紫外线吸收材料还可用于配制耐久型外用透明面漆，一般用于木器、家具、文物保护等领域。
6.2Sio2在涂料中的应用
纳米Sio2是无定型白色粉末，是一种无毒，无味，无污染的无机非金属材料，表面存在不饱和的残键和不同键和状态的羟基，其分子结构呈三维网状结构。
纳米颗粒的比表面积和表面张力都很大，容易相互吸附而发生团聚。而纳米粒子如果不能真正的以纳米级分散在涂料中，就失去了其应有的作用。添加纳米Sio2的涂料具有防流挂，施工性能良好，尤其是抗沾污性大大提高，具有优良的自清洁性能和附着力。纳米二氧化硅具有极强的紫外吸收、红外反射特性，它添加在涂料中，能对涂料形成屏蔽作用，达到抗紫外老化和热老化的目的，同时增加涂料的隔热性。
6.3纳米CaCo3在涂料中的应用
纳米碳酸钙的主要作用是改善涂料的性能，使涂料的触变性更好，在施工的过程中防止流挂并增加涂料的贮存稳定性。纳米碳酸钙改善涂料触变性的主要原因是由于纳米碳酸钙粒子表面相互聚集的氢键作用力不强，很容易被剪切力切开，在使用的时候这些氢键在外部剪切力的作用下又可以迅速的恢复，能够迅速的重整结构。纳米碳酸钙对涂膜有一定的补强作用，同时还具备其他纳米材料的普遍共性“蓝移”现象。从纳米碳酸钙的结构来看，部分纳米粒子聚集并形成一次链状结构，这种结构可以将涂料的结构化水平提高，在与聚合物混合时形成的物理缠结能力增强，从而增加涂膜补强效果。
7结束语
综上所述，加强对纳米材料及其技术在涂料产业中应用的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的纳米材料及其技术应用过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
作者：韩继强
参考文献
高分子材料的光学性能篇3
关键词材料；液晶高分子；光致形变高分子材料
中图分类号tG1文献标识码a文章编号1674—6708（2012）76—0157—02
材料是人类文明的标志，是社会生存和发展的基础，人类支配和改造自然能力的提高都是通过新型材料的发现和利用来实现的。科学家们预言“21世纪将是智能材料的新时代”。所谓的智能材料指的是能够根据周边环境的变化而做出不同响应的一种新型材料。这其中材料对光、热、电、磁以及溶剂等不同介质所做出的响应。根据智能材料所使用的材质的不同，我们可以将其大致归为三类：金属类智能材料、无机非金属类智能材料和智能高分子材料。本文主要针对的是光致形变液晶高分子材料进行一些列研究和探讨，希望能起到抛砖引玉的效果，让更多的同行来共同关注这一领域的发展。
所谓的光致形变液晶高分子材料指的是能够吸收特定波长的光，而改变自身形状以及尺寸的一种高分子材料。光致形变液晶材料之所以能够对光进行响应是因为其分子中含有感光官能团。
光致形变高分子要满足一定的条件才能发生形变，Lendlein等人认为需要满足下面三个条件[1]：1）感光官能团要以一定的方式引入到高分子材料中；2）当感光官能团与分子发生可逆的光异构化的时候，就能够引起材料在外观上的改变。因为这种变化可以传递给高分子链，高分子链在构象上的变化则表现在外观形状以及尺寸的变化上；3）该体系的维持需要有一定的交联度，只有这样才能稳定材料最初的形体状态。光致形变液晶高分子材料要想有大的形变，需要高分子链在材料中呈有序排列，从而可以产生各向异性的响应，这样产生的形变应力比较大。
ikeda和俞燕蕾等人合成了一系列的液晶弹性体薄膜，他们把偶氮苯官能团引入到该薄膜中从而可以有效地实现液晶弹性体薄膜在方向上所产生的可控光致弯曲的发生。如图1（多畴液晶弹性体的光致形变弯曲图，其中白色箭头的方向即为偏振光的偏振方向）所示，当多畴向列相液晶弹性体薄膜沿着任意方向发生弯曲的时候，弯曲后用570nm波长的可见光照射，薄膜可以恢复到原来的状态，这是因为薄膜的弯曲方向与入射偏振紫外光的偏振方向一致，所以可以通过简单的改变入射光偏振方向，即可简单地精确控制薄膜的对弯曲方向。
Lee等人在最近研究出了一种全新的液晶高分子薄膜，这种薄膜在其主链上含有偶氮苯基团，而且薄膜也可以根据线性偏振光来控制自身所弯曲的方向变化。同时，这种薄膜也是一种非化学交联的体系，所以这就让它能够广泛应用于纤维制成或任意形状的光响应材料。另外，该材料也证明了，光致形变液晶高分子材料不一定需要化学交联。
类似纤毛功能的微型执行器是由vanoosten等人通过喷墨打印技术制备出的一种新执行器，这种结构的纤毛可以在有光照的情况下自行运动。如图2（a）所示，当将它放置于水中的时候，它就可以产生变比较强烈的扰动，从而达到促进液体快速交融混合的目的。
另外，通过选择不同的构件，可以实现对纤毛运动幅度大小的调控（图2b），最吸引人注意的一个特点是这种构件的制备可以使用不同类型的喷液进行操作，比如喷涂打印，如此，所使用的成本更加低廉，所以，这就也促使了大面积制备响应性的执行器件。在涉及到替代传统的电驱动执行器方面，同样有着非常明显的优势；图2c是该执行器成分的化学结构式。
图2（a）当采用不同波长的光驱照射人工纤毛的时候，就会令其产生不规则的运动行为；（b）当采用紫外光进行照射的时候，液晶高分子纤毛在水面所产生的运动行为；（c）为构成执行器的液晶单体化学结构式。
结论：由于光的一些优异特点，使得光致形变液晶高分子材料在现实的应用中有着诸多的特点，这些特点使光驱动型执行器不需要使用其他的相关辅助设备，只需要通过改变自身的形状及尺寸就可以将光能直接转化为有用的机械能，所以，它将有望在微机械领域中大放光彩。
参考文献
高分子材料的光学性能篇4
关键词：pVC复合材料；紫外光老化；老化机理；光稳定剂
一、pVC材料概述
1.pVC的性质
pVC（聚氯乙烯）是产量仅次于pe和pp的一种重要的合成树脂。它具有很多优点，例如：价格低、耐腐蚀性好、耐磨性好等。因此，它具有广泛的应用。但是，由于在pVC的生产过程中伴随着一系列的副反应，所以，使本来很稳定的pVC长链产生了一些结构上的缺陷，例如：不饱和键、活化氯、支链结构等，正是由于这些缺陷，导致pVC的老化性能和热稳定性能差。
2.pVC的紫外光老化
pVC在紫外光的照射下容易发生光降解，产生氯化氢小分子和含有羰基、共轭双键的pVC长链，从而缩短了pVC材料的使用寿命。在光老化中，影响最大的是中波紫外线，它不仅会引起pVC产品的变色，甚至会使pVC产品的机械性能消失。因此，在pVC的发展过程中，对pVC材料的抗紫外光老化的研究一直是个重点。下面就介绍一下pVC在紫外光照射下的老化机理。
（1）pVC的紫外光吸收过程
表1到达地球后太阳光的组成
波长/nm
含量/%0.02.02.812.021.938.921.40.4
紫外光分为长波紫外光、中波紫外光和短波紫外光，波长分别为：315-400nm、280-315nm和190-280nm。所以，由表1可知，紫外光所占的比例很小。
表2紫外线和典型化学键的键能
波长/nm光能量/kJ/e化学键键能/kJ/mol
290419C-H380-420
300398C-C340-350
320375C-o320-380
350339C-Cl300-340
400297C-n320-330
由表2可知，稳定的pVC结构对310nm的波长敏感，因此，理论上，它并不能在紫外光的照射下发生光老化。
但是，上面也讨论过了，在pVC中存在一些结构缺陷，正是由于这些缺陷，使得pVC材料易于吸收太阳光中的紫外光，形成老化。并且，少量的紫外光就能对有缺陷的pVC造成很大的破坏。
（2）pVC的光降解机理。在紫外光的照射下，pVC材料内部会发生一定的降解反应，这就是pVC的光降解过程。光降解的主要原因就是pVC长链中的结构缺陷。在此过程中主要有下面两个反应发生：共轭多烯的形成（脱氯化氢）和长链的氧化、交联、断裂反应。据已有研究，Gardette等人提出了相关机理，具体过程如下图所示：
图1pVC的光氧降解机理
3.pVC材料的抗老化
经过对pVC材料的抗老化的研究，我们发现最有效的方法是加入光稳定剂。按照机理的不同，光稳定剂可以分为光屏蔽剂、紫外光吸收剂、激发态猝灭剂和自由基捕获剂四种。前三种光稳定剂是通过抑制pVC对紫外线的吸收而发挥作用；而自由基捕获剂是通过捕捉过程中产生的自由基，来使老化过程终止而发挥作用。
上述光稳定剂的研究体系已经很完善了，但是还是存在下列一些缺点：（1）光屏蔽剂仅能应用于不透明的物质中，这是由于它的遮光性和着色性；（2）光屏蔽性在pVC中的分散不均匀，影响力学性能；（3）光稳定剂会与其他物质发生反应，不能保证抗老化效果被充分发挥；（4）光稳定剂在加工和使用过程中易发生挥发、迁移、渗出等而流失。
针对上述问题，目前国内外主要在高分子量化、多功能化和聚合物键合化等多方面深入研究光稳定剂。
二、pVC的复合材料
虽然一些加工助剂能够提高pVC材料的稳定性，但是通过加工助剂改善的pVC材料存在力学性能不好、易渗漏、变色等缺陷。因此，可以通过其他方法来改善pVC的性能，例如：加入无机粒子或者紫外光抑制剂。
1.pVC与无机粒子的复合材料
无机粒子的加入不仅能提高力学性能，而且能大大的降低成本，提高光稳定性。下面讨论三种pVC与无机粒子的复合材料，三种无机粒子分别是：碳酸钙、二氧化硅和活化的碳酸钙，通过熔融共混和热压制备出了三种pVC的复合材料。并且，经过研究得出了下列结论：
（1）无机粒子能有效的改善pVC的抗老化性能。无机粒子的加入之所以能改善pVC的抗老化性能，加入无机粒子后，复合材料的表观颜色-白度保持率为70%时的老化时间（D1）和保持率为60%时的老化时间（D2）均有所增加：当加入5份二氧化硅时，D1增加了82.84%，D2增加了56.96%；当加入16份碳酸钙时，D1提高了63.92%，D2提高了62.71%；当加入16份活化碳酸钙时，D1提高了77.41%，D2提高了64.62%。
高分子材料的光学性能篇5
关键词：光散射；面散射；体散射；共混；共聚
中图分类号：o43文献标识码：a文章编号：1672-3198（2008）08-0395-02
光散射材料是指能够使光通过而又能有效的散射光的材料。透光率和雾度是评定光散射材料的两项主要指标，透光率是指透过试样的光通量和射到试样上的光通量之比。它是表征透明高分子材料透明程度的一个重要性能指标。雾度，又称浊度，是透过试样而偏离入射光方向的散射光与透射光通量之比，是材料内部或表面上的不连续性或不规则性所造成。通常用雾度的大小来表征材料的光散射强弱。
光散射材料能将点、线光源转化成线、面光源，可以作为面光源材料应用指示标牌、广告招牌、展示橱窗、投影背墙以及壁挂式均匀照明光源等，也可以作为背光源材料应用于液晶显示，还可以与液晶元件复合制备高分子分散型散射元件。
1光散射产生的机理
如果媒质的均匀性遭到破坏，即尺度达到波长数量级的邻近媒质小块之间在光学性质上（如折射率）有较大差异，在光波作用下，它们将成为强度差别较大的次波源，而且从它们到空间各点已有不可忽略的光程差，这些次波相干叠加的结果，光场中的强度分布将与上述均匀媒质情形有所不同，这时，除了按几何光学规律传播的光线外，其他方向或多或少也有光线存在，这就是散射光，即产生了散射。对于不均匀形态较大的媒质，光散射也可看作是反射和折射的综合结果。
散射光强除了与入射光的波长、散射角有关外，还与散射体材料的折射率（n）和机体材料的折射率有关。目前，关于散射光强的计算理论，发展还不十分完善。
计算散射光强，最简单的近似理论为Rayleigh-Gans-Debye(RGD)理论。对于半径较大或折射率较大的粒子，要用mie理论来计算光强。如果粒子达到mie理论不适用时，就要用传统的射线光学来处理。下面的公式可以用于聚合物光散射材料散射光强的近似计算：
lv=Ki0R3n3γ0-4(nB2-n2)［1+(8/3)2R2v2sin2(θ/2)］-2
上式中，K为常数，=2/，为光在介质中的波长，0为光在真空中的波长，为光散射角，n是介质的平均折射率：n=naVa+nBVB。
2光散射材料的分类
根据散射机理的不同，可以将光散射材料分为：面散射材料和体散射材料。
传统的光散射材料大多为面散射材料，采用面散射机理，即将透明板材或其它形状制品的一个表面(一般为内表面)打磨，涂层或将其成型模具的相应面做喷砂或刻痕处理，利用它们粗糙的表面来产生光散射。这种材料的一个显著缺点是：它不能较好地兼顾材料的光散射性和透明性，综合性能较差，因而大大限制了它的应用范围。
体散射材料多为分散有光散射体的透明合成材料，起散射作用的散射体的尺寸等于或大于可见光波长。这种材料应用了整体散射机理：即材料的内部与表面均起散射作用，能够很好地克服面散射所固有的弱点，制品具有高的光散射性，较好的透明性及优异的综合性能。目前，它已成为一种新型的背光源材料，逐渐在许多领域取代了传统光散射材料，并进一步扩展了新的应用领域，如液晶显示等。
另外，还有一种体——面散射材料，由产生体散射的基板和涂覆在基板上的能够产生面散射的表面组成，即将消光颗粒与涂料共混，涂覆在基板表面，利用涂层的收缩形成表面微结构，同时消光颗粒导致了涂层的光学非均一性，产生光散射。
3光散射材料的制备
3.1面散射材料的制备方法
通过对透明的基体材料表面进行磨砂处理，或利用特殊的成型模具或浮雕辊得到浮雕或喷砂效果的表面，利用材料表面的粗糙度得到散射效果；也有以表面凸凹起伏的高分子材料制备，巧妙设计表面的波纹实现材料的散射效应。
面散射材料的制备方法存在着显著的缺点：一方面，散射光的量取决于刻痕和划痕等的数量及分布，使散射发生的不均匀，另一方面折射率和透光率不易控制。
3.2体散射材料的制备方法
体散射材料的制备方法大致分为两种：聚合法和共混法。
3.2.1聚合法
利用折光率有一定差异、相容性不太好的聚合物单体共聚合或采用分段聚合来制备光散射材料。具体又可分为以下几种情况：
（1）将一种单体混合分散于透明的基体中，使单体聚合，生成的聚合物作为散射体，其折射率不同于透明基体的折射率，因而入射光产生光散射。
（2）将一种单体混合分散于一种透明材料中，使单体聚合，生成的聚合物作为基体，其折射率不同于透明材料，进而材料产生光散射。
（3）散射体材料是无机粒子或有机粒子，将散射体粒子分散于基体单体中，使单体聚合生成聚合物基体。
iSHiHaRaDam等人以玻璃转化温度低于室温的弹性体橡胶为基体材料，以折射率不同于基体的透明材料（可以是无机粒子或有机物）为散射体，通过聚合法制备了一种光散射材料，广泛应用于照明装置，也可以作为灯箱广告牌的面光源，还可以与透光管和光波导管联用。由于基体的玻璃转化温度低于室温，所以材料在室温下即可操作加工。华南理工大学高峰等人，以不同分子量的聚苯乙烯作为散射材料，将其溶解在甲基丙烯酸甲酯中，通过原位聚合法制备了光散射材料，研究发现pS作为散射体分布在基体pmma中能够产生散射，pS的分子量要高于临界分子量43900。当聚苯乙烯分子量大于43900，且其质量分数为0.20%-0.30%时散射板性能最优，透光率为73.0%，雾度为74.7%。
近年来，纳米粒子掺杂有机玻璃制备新型复合材料广受关注。张启卫等人通过原位聚合和同步溶胶——凝胶过程制备了pmma/Sio2杂化材料，研究表明该材料有机/无机相间的相容性好，材料的透明性好，透光率可达80%左右。清华大学钱志勇等人以纳米al2o3、Sio2和Cao颗粒，采用三种不同粒度的纳米颗粒利用在位分散法制备了以pmma为基体的复合光散射材料，成功用于平板显示。其研究指出：由于微粒的散射和纳米粒子的结构特点，随着纳米粒子粒度的减小，复合材料样品板亮度增加，视角变大，整体光学性能变得优异。中国专利03127636.9提供了一种纳米硅改性有机玻璃光散射材料及制备方法。该方法先将纳米Sio2粉末通过高频超声波震荡混入mma单体中，使其呈乳白色半透明状，加入引发剂及其他组分真空脱气后在90℃预聚合，冷却灌浆入模后在25-100℃处理，24-72小时即可得到光散射材料。材料的光谱透过曲线与本体材料相近，光散射分布均匀，可用作照明显示器件。
3.2.2共混法
共混法是通过透明的聚合物基体材料和散射体粒子的共混制备光散射材料的方法。
在共混法中，散射体粒子的制备至关重要。欧洲专利ep0634445报道了一种核壳结构的复合散射粒子，这种光散射复合物以类橡胶的乙烯基聚合物为核，具有一层或多层壳，散射体粒子中含有至少15%的烷基丙烯酸或烷基甲基丙烯酸。日本专利Jp04161448中介绍的光散射材料，使用一种粉末状的tio2，外层涂有交联球形环己顺丁烯——二酰亚胺——苯乙烯共聚物作为散射体粒子，但是成本很高。美国专利pat.nos.5237004和5346954中使用了一种具有橡胶核热塑壳的散射体粒子，能够很好的分散于基体中，而基体的抗冲性能和物理性质不受影响，而且核内聚合物的折射率可以调节，也保证了基体良好的透光率。
目前，大多数新型光散射材料是采用共混法生产的，因为这种方法与一般聚合物掺混的工艺过程非常类似，特别是对于用量最大的光散射板材，它能够连续化生产，生产率较高。但是共混法制备光散射材料经常会遇到一些问题，例如：粒子与基体材料的相容性差，不易分散于基体材料中；分散相粒子在基体中的分散性能差导致基体材料的透光率下降以及物理性能老化；材料的折光率不易调节，导致光学性质不易调节；分散相粒子坚硬导致材料的抗冲击性能变差等。如何行之有效地克服这些问题，将是今后共混法研究的方向。
4光散射材料的发展方向
目前，光散射材料在照明领域和显示领域得到了广泛的应用，随着光散射材料性能的不断提高和完备，其应用领域将进一步扩大。一些具备特殊功能的光散射材料将会不断被开发出来，例如热可逆记录材料和表面具有自清洁功能的光散射材料等。由于纳米技术的飞速发展，无机掺杂聚合物制备复合光散射材料也将成为研究的一个热点。
参考文献
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高分子材料的光学性能篇6
文章主要阐述了各种金属材料化学成分分析方法的原理和优缺点，并在此基础上，阐述了今后金属材料分析方法的发展方向。
关键词：
金属材料；化学成分；分析方法；现状；发展趋势
引言
金属材料在现代建筑和工业设施建设中起着无可替代的作用，随着新型建筑和工业装备的出现，高性能材料的需求不断增加。例如，北京奥运主场馆“鸟巢”在国内建筑史上首次使用110mm的Q460，由舞阳钢厂的科研人员首次研制成功。此外，随着第三代核电ap1000在国内的建设，Sa738与S32101这两种高性能钢材才开始在国内研制与生产。众所周知，金属材料性能的优劣主要是由组织结构决定，同时组织结构会随其元素种类和相对含量的不同而改变[1-3]。因此，准确分析材料元素种类和含量，对于新性能材料的研发和合理利用至关重要。金属材料中比较重要的元素为碳、硅、锰、硫和磷，对材料的性能影响最显著。对材料的物理性能影响最大的元素是碳，碳含量的高低直接影响钢铁组织变化，例如奥氏体钢和马氏体钢，从而影响钢材的物理性能。硅作为脱氧剂，炼钢过程必不可少。沸腾钢的含硅量很低，而在镇静钢中硅的含量一般为0.12%～0.37％。钢中硅含量的增加，会相应提高屈服强度和抗拉强度，例如调质结构钢中硅含量增加1.0%～1.2%，强度可提升15%～20%。但是，硅含量的提高会降低钢材的伸长率和收缩率，冲击韧性明显降低。硫作为钢中的有害元素，在炼钢过程引入，会降低韧性和延展性，造成钢材在热加工过程开裂，因此钢材含硫量都严格控制，例如Q235B要求硫≤0.045%[4]。磷作为钢中有害元素，会降低钢的塑性，同时影响其焊接性能和冷弯性能，所以一般钢种要求磷≤0.045%，优质钢含磷量更低。要掌握金属材料的性能，必须准确分析元素含量，并在此基础上研发性能更加优异的材料。尤其微量元素硼、铝、氮、钒、钛和铌等，例如Sa738Gr.D要求硼≤0.0007%，Q345B要求铝≤0.015%[5]。这就要求我们合理的利用化学分析方法，足够精确地分析相关元素含量。
1化学分析方法
随着分析技术的发展，分析金属材料的化学成分先后出现的方法有重量法、滴定法、分光光度法、原子光谱法（原子发射光谱法和吸收光谱法）和电感耦合等离子质谱法等[6-8]。其中，重量法、滴定法和分光光度法主要基于离子之间的化学反应，分析化学学科出现时实验人员已经熟练掌握，需要简单的仪器设备即可展开测试，并且易于应用。后面的方法为近几十年新研发出的，物理学研究深入到原子核阶段以后才相继出现，并且随着技术的进步，仪器的研发会朝着效率更高、操作更简单的方向发展，不足之处就是设备比较昂贵，无法在中小企业普及。
1.1重量分析法重量分析法是经典的定量分析方法。出现时间较早，使用最成熟。重量法原理是将材料中待测元素通过化学反应转化为转化为可称量的化合物，经过过滤-烘干即可准确计算材料中待测元素的含量。当前，重量法主要适用于高含量的Si、S、p、ag、Cu、ni和pb等元素含量的测定。重量法便于操作，但需要合理的沉淀和称量，才能获得准确的测定结果。
1.2滴定分析法滴定分析法，通过两种溶液的相互滴加，并通过显色剂判断反应的终止，按照化学反应计量关系计算待测金属成分含量。根据化学反应机理的不同，可分为酸碱滴定法（主要分析钢铁中的C、Si、p、n、B等元素）、氧化还原滴定法（主要测定Fe、mn、Cr、V、Cu、pn、Co和S等）、沉淀滴定法（不常用）和络合滴定法（常用来分析ni、mg、Zn、pb、al等）四类。此分析方法只需要配置相应的玻璃仪器（比如：滴定管和容量瓶等），成本低廉，易于操作，现在一些中小企业仍在使用。缺点是只能进行单元素分析，分析周期长，不适用于微量元素分析，且分析数据会随操作人员的熟练程度进行波动。
1.3分光光度法分光光度法的理论基础是Beer-Lambert定律，用公式表达为a=KcL，在入射光强度一定的情况下，溶液的吸光度正比于溶液的浓度，通过吸光度的变化即可计算待测元素的浓度。分析待测试样前首先要建立标准溶液的吸收光谱曲线，通过这一曲线进行待测试样元素浓度的定量分析。常用于分光光度法分析的仪器有红外、紫外-可见和原子吸收分光光度计。此方法优点仅需一台分光光度计即可完成，同时兼具灵敏度高，操作简单迅速，应用范围广（周期表中的所有金属元素都可测定，也可测定Si、S、n、B、as、Se、和卤素等非金属元素）。缺点为只可单元素分析，其分析结果的准确性需要依赖灵敏的显色剂，且不同元素之间存在一定的干扰，造成最终的分析结果存在未知偏差。
1.4X射线荧光光谱法X射线荧光光谱法的理论基础：物质的基态原子吸收特定波长的X射线后，外层的电子被激发至高能态，处于高能态的电子极不稳定，又跃回至基态或低能态，同时发射出荧光；荧光强度正比于试样中待测元素浓度，通过测定荧光强度即可确定试样中元素含量。当原子辐射的荧光波长与照射X射线波长不同时，称为非共振荧光，反之，则为共振荧光，分析中应用较多的是共振荧光。此法的优点是检出线低，谱线易于分析，分析迅速，若用激光做激发光源时分析效果更佳。缺点该方法要求样品较高的均一性，同时受基体效应的影响，分析结果存在偏差，通常需要进行一定程度地校正。
1.5原子光谱法
（1）原子吸收光谱法。工作原理为用被测元素纯金属制成空心阴极灯的阴极，该光源辐射出特征波长光，通过分光系统寻找该谱线并至于峰线极大位置，此时吸收池溶液在原子化器的作用下生成该元素的基态原子，基态原子吸收特征波长的光而上升到激发态，根据特征波长光强度的改变进行分析得出金属成分含量。原子吸收光谱仪的核心部分为原子化器，目前的原子化器主要有火焰原子、石墨炉原子和汞/氢化物发生原子器（专测Hg、as、Bi、pn和Sn等）这三种，比较常用的是火焰原子和石墨炉原子吸收光谱仪。火焰原子吸收光谱法，其工作原理为利用火焰的高温燃烧使试样原子化进行元素含量分析的一种方法。优点：火焰稳定、读测精度好、基体效应小和噪声小。缺点：点火麻烦、原子化效率低造成精度和灵敏度差，只可分析液体样品。石墨炉原子吸收法是利用电流加热石墨炉产生阻热高温使式样原子化，并进行辐射光谱吸收分析的方法。相比于火焰原子吸收法，分析试样几乎全部参加原子化，且有效避免了火焰气体对原子浓度的稀释，此外激发态原子在吸收区停留时间长达1-10-1数量级，因此分析灵敏度和检出限得到了显著的改善。优点：样品利用率高、灵敏度高（检测限低）、低的化学干扰、液体样品和固体样品均可分析。缺点：设备操作复杂，不如火焰法快速简捷，对试样的均匀性要求高和有较强的背景吸收，测定精度不如火焰原子吸收法。
（2）原子发射光谱法。原子发射光谱法是依据物质中的基态原子获得外界传递的能量后，外层电子会经历“低能级—高能级—低能级”，多余的能量以相应的谱线释放，即发射光谱。根据发射光谱就可判断相应元素种类和含量。目前利用原子发射光谱法研制的分析仪器有光电直读光谱仪和电感耦合等离子发射光谱仪。此类方法仪器的共同优点为多元素同时分析，分析周期短。光电直读光谱仪，其工作原理是用电火花激发材料表面，材料表面的原子经激发而发生电子跃迁，从而发射出材料内部元素的特征谱线。优点：测试时间短（几分钟内可以准确分析20多种元素）；适用于较宽的波长范围；使用的浓度范围广（可同时进行高低含量元素的分析）。缺点为：由于出射狭缝固定，对分析钢种经常变化的用户不太适用；谱线易漂移，需要定期校准；不能分析小尺寸和不规则样品。电感耦合等离子原子发射光谱仪（iCp）也是一种新型的原子发射光谱法，工作原理为待测物质被环状高温等离子体光源加热至可达6000-8000K，待测物质原子由产生电子跃迁，从而辐射出特征谱线进行元素含量测定。iCp根据进样系统的不同又分为固体进样、液体进样和气体进样三类。iCp要比直读光谱仪器的检出限更低，灵敏度高[9]。缺点对进样系统要求非常严格，无法分析部分难溶和非金属元素。溶液进样系统需要将式样要做成溶液样品，此过程要用酸碱溶样，会对操作人健康造成一定伤害，用时较长。
1.6电感耦合等离子体质谱法电感耦合等离子体质谱法是在电感耦合等离子发射光谱仪的基础上发展起来的一种较灵敏的元素分析方法。相比于电感耦合等离子发射光谱仪，增加了一个四极质谱仪，质谱仪分离不同质荷比的激发离子，最后测量各种离子谱峰强度的一种分析方法。电感耦合等离子质谱仪主要用于测定超痕量和同位素比值，比如对金属材料中的微量元素、镧系元素、难熔金属元素和贵金属元素的含量进行测定[10]。优点为操作简单、测试周期短、灵敏度高（达ng/ml或更低）。缺点实际检测成本高制约其广泛使用，目前主要用于地质学中金属矿石微量、痕量和超痕量的金属元素测定。
1.7激光诱导等离子体光谱法该方法是一种新兴的分析技术，是原子发射光谱法的一种。利用高功率激光作用于物质表面，产生瞬态等离子体，光谱仪对等离子体辐射光谱进行分析，就可以确定材料中待分析元素的含量。可用于固体、液体和气体中元素定性和定量分析。所需设备比教简单，操作方便，可以同时进行多种元素含量测定，分析效率有效提高，此外还可满足远程分析的需要。缺点适用范围较窄，目前主要用来测量不锈钢中的微量元素[9]。
2展望
随着工业的发展和建筑要求的提高，研发新型和高性能金属材料的需求日益增加，各种痕量元素的快速与简便测定变得愈加重要。文中介绍的主流分析方法或多或少都有一些缺点。比如：直读直读光谱仪只能分析特定尺寸块状样品；部分电感耦合等离子光谱仪需要酸或碱溶样，溶样过程处理不当会危害环境和人体健康，相应延长了测试周期等。基于此，现有的一些操作方法已经不能满足实际应用需要，这就迫切需要我们研发使用方便，分析周期短，灵敏度高，检出限低和绿色环保的新方法和新仪器。因此，我们广大测试人员和仪器制造商应共同努力，推动金属材料化学分析实验方法及仪器不断进步。
参考文献
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高分子材料的光学性能篇7
近年来，国内外正掀起“光电子学”和“光电子产业”的热潮，光电子技术已经在信息、能源、材料、航空航天、生命科学、环境科学和军事国防等诸多领域发挥着重要作用。光电子学是从上世纪七十年代，在光学、电子学及相关学科的基础上发展起来的一门科学，光电子器件的小型化、多样化和性能的不断提高是光电子技术发展的重要标志，在这个发展过程中，薄膜技术功不可没。
当固体或液体的一维线性尺度远远小于它的其它二维尺度时，我们将这样的固体或液体称为膜。一般将厚度大于1μm的膜称为厚膜，厚度小于1μm的膜称为薄膜，当然，这种划分具有一定的任意性。薄膜的研究和制备由来已久，但在早期，技术落后使得薄膜的重复性较差，其应用受到限制，仅用于抗腐蚀和制作镜面。自从制备薄膜的真空系统和各种表面分析技术有了长足的进步，以及其他先进工艺（如等离子体技术）的发展，薄膜的应用开始了迅速的拓展。目前，在光电子器件中，薄膜的使用非常普遍，它们中大部分是化合物半导体材料，厚度低至纳米级。
二、薄膜制备技术
薄膜制备方法多种多样，总的说来可以分为两种——物理的和化学的。物理方法指在薄膜的制备过程中，原材料只发生物理的变化，而化学方法中，则要利用到一些化学反应才能得到薄膜。
1.化学气相淀积法(CVD)
目前光电子器件的制备中常用的化学方法主要有等离子体增强化学气相淀积（peCVD）和金属有机物化学气相淀积（moCVD）。
化学气相淀积是制备各种薄膜的常用方法，利用这一技术可以在各种基片上制备多种元素及化合物薄膜。传统的化学气相淀积一般需要在高温下进行，高温常常会使基片受到损坏，而等离子体增强化学气相淀积（peCVD）则能解决这一问题。等离子体的基本作用是促进化学反应，等离子体中的电子的平均能量足以使大多数气体电离或分解。用电子动能代替热能，这就大大降低了薄膜制备环境的温度，采用peCVD技术，一般在1000℃以下。利用peCVD技术可以制备Sio2、Si3n4、非晶Si:H、多晶Si、SiC等介电和半导体膜，能够满足光电子器件的研发和制备对新型和优质材料的大量需求。
金属有机物化学气相淀积（moCVD）是利用有机金属热分解进行气相外延生长的先进技术，目前主要用于化合物半导体的薄膜气相生长，因此在以化合物半导体为主的光电子器件的制备中，它是一种常用的方法。利用moCVD技术可以合成组分按任意比例组成的人工合成材料，薄膜厚度可以精确控制到原子级，从而可以很方便的得到各种薄膜结构型材料，如量子阱、超晶格等。这种技术使得量子阱结构在激光器和LeD等器件中得到广泛的应用，大大提高了器件性能。
2.物理气相淀积（pVD）
化学反应一般需要在高温下进行，基片所处的环境温度一般较高，这样也就同时限制了基片材料的选取。相对于化学气相淀积的这些局限性，物理气相淀积（pVD）则显示出其独有的优越性，它对淀积材料和基片材料均没有限制。制备光电子器件的薄膜常用的pVD技术有蒸发冷凝法、溅射法和分子束外延。
蒸发冷凝法是薄膜制备中最为广泛使用的一种技术，它是在真空环境下，给待蒸发物提供足够的热量以获得蒸发所必需的蒸汽压，在适当的温度下，蒸发粒子在基片上凝结，实现薄膜沉积。蒸发冷凝法按加热源的不同有可分为电阻加热法、等离子体加热法、高频感应法、激光加热法和电子束加热法，后两种在光电子器件的制备中比较常用。
电子束加热法是将高速电子束打到待蒸发材料上，电子的动能迅速转换成热能，是材料蒸发。它的优点是可以避免待蒸发材料与坩埚发生反应，从而得到高纯的薄膜材料。近年来人们又研制出具有磁聚焦和磁弯曲的电子束蒸发装置，使用这样的装置，电子束可以被聚焦到位于基片之间的一个或多个支架中的待蒸发物上。
激光蒸发法是一种在高真空下制备薄膜的技术，激光作为热源使待蒸镀材料蒸发。激光源放置在真空室外部，激光光束通过真空室窗口打到待蒸镀材料上使之蒸发，最后沉积在基片上。激光蒸发法具有超清洁、蒸发速度快、容易实现顺序多元蒸发等优点。后来人们使用脉冲激光，可使原材料在很高温度下迅速加热和冷却，瞬间蒸发在靶的某一小区域得以实现。由于脉冲激光可产生高功率脉冲，完全可以创造瞬间蒸发的条件，因此脉冲激光蒸发法对于化合物材料的组元蒸发具有很大优势。使用激光蒸发法可以得到光学性质较好的薄膜材料，包括Zno和Ge膜等。
溅射是指具有足够高能量的粒子轰击固体表面（靶）使其中的原子或分子发射出来。这些被溅射出来的粒子带有一定的动能，并具有方向性。将溅射出来的物质沉积到基片上形成薄膜的方法成为溅射法，它也是物理气相淀积法的一种。溅射法又分直流溅射、离子溅射、射频溅射和磁控溅射，目前用的比较多的是后两种。在溅射靶上加有射频电压的溅射称为射频溅射，它是适用于各种金属和非金属材料的一种溅射淀积方法。磁控溅射的原理是，溅射产生的二次电子在阴极位降区内被加速称为高能电子，但它们并不直接飞向阴极，而是在电场和磁场的联合作用下进行近似摆线的运动。在运动中高能电子不断地与气体分子发生碰撞，并向后者转移能量，使之电离而本身成为低能电子。这些低能电子沿磁力线漂移到阴极附近的辅助阳极而被吸收，从而避免了高能电子对基片的强烈轰击，同时，电子要经过大约上百米的飞行才能到达阳极，碰撞频率大约为107/s，因此磁控溅射的电离效率高。磁控溅射不仅可以得到很高的溅射速率，而且在溅射金属时还可以避免二次电子轰击而使基板保持接近冷态。
分子束外延（mBe）技术是一种可在原子尺度上精确控制外延厚度、掺杂和界面平整度的超薄层薄膜制备技术。所谓“外延”就是在一定的单晶材料衬底上，沿着衬底的某个指数晶面向外延伸生长一层单晶薄膜。分子束外延是在超高真空条件下，精确控制原材料的分子束强度，把分子束射入被加热的底片上而进行外延生长的。由于其蒸发源、监控系统和分析系统的高性能和真空环境的改善，能够得到极高质量的薄膜单晶体，可以说它是一种以真空蒸镀为基础的一种全新的薄膜生长方法。
三、结语
薄膜技术是研制新材料、新结构的重要方法之一，用薄膜技术制作的薄膜材料不仅具有优良的光电性能、钝化性能、强的阻挡杂质粒子扩散以及抗水汽渗透能力，在光电子器件中得到广泛的应用，主要用来充当绝缘层、钝化保护层以及各种敏感膜层等，而且还具有很高的硬度和强的化学稳定性，从而在材料改性技术领域中也将有着广阔的应用前景。
高分子材料的光学性能篇8
论文摘要:充满生机的二十一世纪，以知识经济为主旋律和推动力正引发一场新的工业革命，节省资源、合理利用能源、净化生存环境是这场工业革命的核心，纳米技术在生产方式和工作方式的变革中正发挥重要作用，它对化工行业产生的影响是无法估量的。这里主要介绍纳米材料在化工领域中的几种应用。
纳米材料（又称超细微粒、超细粉末）是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统，其结构既不同于体块材料，也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等，拥有一系列新颖的物理和化学特性，在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。
纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征，引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚兴趣。80年代初期纳米材料这一概念形成以后，世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来，它在化工生产领域也得到了一定的应用，并显示出它的独特魅力。
一、纳米材料的特殊性质
（一）力学性质
高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳迷材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。
（二）磁学性质
当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2，在这情况下，感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%，已不能满足需要，而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%，可以用于信息存储的磁电阻读出磁头，具有相当高的灵敏度和低噪音。
（三）电学性质
由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（Simit）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。
（四）热学性质
纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。
二、纳米材料在化工行业中的应用
（一）在催化方面的应用
催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。
纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可近似地看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下，电子与空穴分离，分别迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。
（二）在涂料方面的应用
纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇，使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性；功能涂层是赋予基体所不具备的性能，从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层，抗氧化、耐热、阻燃涂层，耐腐蚀、装饰涂层等；功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层，导电、绝缘、半导体特性的电学涂层，氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等，在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层，可利用其光学特性，达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的颜色不同，这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变，还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米tio2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米Sio2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米Sio2，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景，将为涂层技术带来一场新的技术革命，也将推动复合材料的研究开发与应用。
（三）在精细化工方面的应用
精细化工是一个巨大的工业领域，产品数量繁多，用途广泛，并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音，并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米Sio2，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米al2o3，和Sio2，加入到普通橡胶中，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。
纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学，主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。21世纪将是纳米技术的时代，为此，国家科委、中科院将纳米技术定位为“21世纪最重要、最前沿的科学”。纳米材料的应用涉及到各个领域，在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生，将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的许多问题，特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。
参考文献
[1]张立德，牟季美，纳米材料和纳米结构，科学出版社，2001.
[2]严东生，冯端，材料新星?纳米材料科学，湖南科学技术出版社，1998年.
高分子材料的光学性能篇9
关键词：高分子材料；降解；老化；进展
高分子材料在加工、贮存和使用过程中，由于内外因素的综合影响，逐步发生物理化学性质变化，物理机械性能变坏，以致最后丧失使用价值，这一过程称为“老化”。老化现象有如下几种:外观变化，材料发粘、变硬、变形、变色等；物理性质变化，溶解、溶胀和流变性能改变；机械性能变化和电性能变化等。引起高分子材料老化的内在因素有：材料本身化学结构、聚集态结构及配方条件等；外在因素有：物理因素，包括热、光、高能辐射和机械应力等；化学因素，包括氧、臭氧、水、酸、碱等的作用；生物因素，如微生物、昆虫的作用。老化往往是内外因素综合作用的极为复杂的过程。高分子材料的老化缩短了制品的使用寿命，并影响制品使用的经济性和环保性，限制了制品的应用范围。因此，研究引发高分子材料老化的原因及其微观机理具有非常重要的意义。近年来，高分子老化研究主要集中在探讨高分子材料老化的规律、机理，以及环境因素对材料老化的影响等方面，这些工作对于发展新的实验技术和测试方法，改善材料的生产技术、研制特种材料、逐步达到按指定性能设计新材料等具有重大的指导作用。
1户外因素对高分子材料老化行为的影响为的影响
高分子材料在户外曝露于太阳光和含氧大气中，分子链发生种种物理和化学变化，导致链断裂或交联，且伴随着生成含氧基团如酮、羧酸、过氧化物和醇，导致材料韧性和强度急剧下降。关于光氧化降解过程和防止这种降解过程的发生，已有很多研究报导，这些研究工作的基础是光化学效应，即物质在吸收光后所发生的反应。紫外波长300nm～400nm，能被含有羰基及双键的聚合物吸收，而使大分子链断裂，化学结构改变，导致材料性能劣化，因此历来是研究热点。ibnelwaleeda.等通过自然环境曝露和人工加速试验，研究了不同支链形式LLDpe、HDpe的耐紫外光老化性能。ibnelwaleeda.等从流变学角度分析了pe紫外光老化历程，发现LLDpe在紫外光老化过程中同时发生交联和断链，短支链含量高低和老化时间长短直接影响材料性能。另外，(Z-n)催化合成的LLDpe和茂金属催化合成的LLDpe降解机理相似，但是，对于相同重均分子量和支化度的pe，茂金属催化合成的LLDpe比齐格勒－纳塔催化合成的LLDpe耐降解，而且发现单体的类型对紫外光老化降解影响不大。在80℃和300w紫外光辐照条件下对有机硅和聚氨酯两种建筑密封胶进行5000小时人工加速老化试验。发现密封胶老化机理是由于辐照产生的热作用引起的，在老化开始阶段，热作用使密封胶交联；而在老化后阶段，主要发生分子量下降；紫外线辐射往往破坏侧链基团。
2高分子材料的老化性能
表征技术及应用在高分子材料老化研究中，性能表征方法对正确反映老化现象、认识并探索老化机理、进而采取合理措施改性，有着非常重要的作用。目前，在高分子材料老化研究中多种表征手段联用，对高分子材料性能进行多角度考察，深入了解高分子材料老化机理。LeiSong利用tem、FtiR、X射线光电子能谱、燃烧量热法等方法考察了pC/tpoSS的混合物结构和热降解行为，发现tpoSS显著影响pC的热降解过程，因为添加tpoSS明显降低混合物的热峰值，并且当tpoSS的添加量在2％时达到最低值。利用热重分析、红外光谱分析、热解－气相色谱－质谱联用技术，考察了聚碳酸酯与聚硅氧烷的共混材料在氮保护条件下的热降解行为。研究发现，共混物主要的分解温度在430～550℃左右。添加聚硅氧烷可以降低聚碳酸酯在主要降解段的质量下降速率，在800℃时，添加聚硅氧烷的共混物的残渣比纯净的聚碳酸酯高，随着添加量的增加，残渣从最初的21％增加到45％，研究还发现，聚硅氧烷能促进交联反应和炭化。随着老化程度提高，弹性模量增加，应力和伸长率下降；老化较少的样品显示韧性，老化时间长久的样品显示更多的脆性；另外，老化材料的断裂，是由于结晶导致的应力开裂。S.etienne利用低频拉曼散射(LFRS)、小角X射线散射(SaXS)和DSC，对pmma、pS、pC、pen物理老化过程的次级松弛，β松弛及相关α松弛过程进行了研究。利用直接插入探针质谱裂解研究了pC/pmma共混物的热氧老化行为。还利用热刺激去极化电流法(tSDC)、动态介电谱(DDS)联用方法，研究了聚碳酸酯在玻璃化转变温度前后松弛时间的变化，得到pC样品的τ（tg）为110s，通过τ(t)和τ（tg）可以确定玻璃态－熔融态脆化指数m。
高分子材料的光学性能篇10
本书共分为15章：1.非成像聚焦定日镜；2.用于太阳能研究的先进纳米技术；3.金属氧化物半导体和相应的纳米复合物用于光电转换和光催化。这几章主要强调数十年来光电科技日新月异使得太阳能电池走出实验室进入大众视野，而这仅仅是太阳能时代到来的第一步；4.超离子导电固体用于能源设备；5.聚合物纳米复合物：新型高等介电材料用于能量储存。实际生活中，高能量密度电容器用途甚广，例如在防御相关的应用中，缺乏传统能源资源的偏远地区的作战任务就急需新型能源储存方法。而聚合物纳米复合物为高能量密度电容器提供有吸引力且低成本的电势储存系统，这些独具优势的特性对未来能量储存技术发展至关重要；6.固体电解质：原理和应用；7.高等电子产品：超越硅时代。碳、碳纳米管和石墨烯的两个同素异形体能取代集成电路的导电电路和硅元素，从而开创出全新的碳基电子工业时代，它将拥有电流密度更大、更快、更高效的电路系统；8.压电产品的初步检测和硫化铅的光学性能；9.Gan基材料设备的辐射损伤；10.反铁电液晶：用于未来器械的智能材料；11.聚醚醚酮薄膜用于燃料电池；12.钒酸磷用于节能照明。这章主要讨论节能照明问题，钒酸磷是一种发光物质，拥有极佳的热稳定性以及化学稳定性，磷光体层提供日光灯发出的光，也改善了卤化金属灯的光稳定性；13.功能化固体基质的分子计算；14.离子液体稳化金属纳米颗粒，稳化产物用作强效催化剂；15.Y型分子筛内部有大量空间束缚纳米复合材料用作生态友好型催化剂：选择性催化反应。
这本书的内容由瑞典林雪平大学（LinkpingUniversity）生物传感器和生物电子学中心的ashutoshtiwari副教授和物理、化学、生物系的应用光学实验室SergiyValyukh副教授联合编写。tiwari是先进材料国际协会秘书长，材料化学家和应用物理系讲师，目前在材料科学技术领域发表超过350篇文章、专利和会议论文，编写完成至少15本书籍，同时是先进材料世界会议和印度材料会议的创办成员。而Valyukh在乌克兰基辅大学获得博士学位，2003年应瑞典LCD中心和达拉那大学邀请从事液晶的应用物理研究。2008-2009年基于液晶制备出新型电子光学设备，也因此被瑞典aLmi创新基金提名为“2009年达拉那商业创始人”。
这本书力求在前沿高级功能材料和尖端能源技术领域启发读者，可作为本科生和研究生教材，也可用作综述或参考书籍供化学、物理、材料科学、药学、医学、纳米技术、光伏技术和新型能源领域的研究人员阅读参考。