光敏高分子材料.ppt

现在学习的是第1页，共88页您知道涂料的成分吗？你知道半导体如何刻制吗？你知道光致变色材料吗？你相信这两个衬衫是同一个衬衫吗？现在学习的是第2页，共88页第六章第六章 第一节第一节 光敏高分子材料概述光敏高分子材料概述光敏高分子材料也称为光功能高分子材料光敏高分子材料也称为光功能高分子材料定义定义 在光的参与作用下能够表现出某些特殊在光的参与作用下能够表现出某些特殊物理或化学性能物理或化学性能的高分子材料的高分子材料化学变化：化学变化：光聚合、光交联、光降解光聚合、光交联、光降解物理变化：物理变化：互变异构互变异构（颜色改变）（颜色改变）、激发、激发（导电等性能改变）（导电等性能改变）、发光、外观尺寸、发光、外观尺寸的变化等。的变化等。现在学习的是第3页，共88页 如果吸光后发生化学变化，导致光聚合、光交联、光降解反应，如果吸光后发生化学变化，导致光聚合、光交联、光降解反应，高分子材料的溶解性发生变化，可制备什么？高分子材料的溶解性发生变化，可制备什么？ 第六章第六章 第一节第一节 光敏高分子材料概述光敏高分子材料概述 如果发生互变异构反应，引起材料吸收波长的变化。可制备？如果发生互变异构反应，引起材料吸收波长的变化。可制备？光敏涂料光敏涂料?光致刻蚀剂光致刻蚀剂?光致变色材料光致变色材料现在学习的是第4页，共88页 如果发生材料外观尺寸的变化，则形成如果发生材料外观尺寸的变化，则形成光力学变光力学变化材料化材料。第六章第六章 第一节第一节 光敏高分子材料概述光敏高分子材料概述 如果发生物理变化，可形成如果发生物理变化，可形成荧光性能材料等其它功能荧光性能材料等其它功能材料材料。现在学习的是第5页，共88页 与高分子光敏材料有关的光化学反应有光交联（聚合）与高分子光敏材料有关的光化学反应有光交联（聚合）反应、光降解反应和光异构化反应。这些反应都可以使分反应、光降解反应和光异构化反应。这些反应都可以使分子吸收光能后发生能量转移，产生化学反应。子吸收光能后发生能量转移，产生化学反应。第六章第六章 第一节第一节 光敏高分子材料概述光敏高分子材料概述一、一、 高分子光化学反应类型高分子光化学反应类型光交联反应光交联反应 生成的聚合物分子量更大，溶解性降低。生成的聚合物分子量更大，溶解性降低。光降解反应光降解反应分子量减小，溶解度上升。分子量减小，溶解度上升。光异构化反应光异构化反应分子量不变，结构改变，吸光性能发生改变。分子量不变，结构改变，吸光性能发生改变。现在学习的是第6页，共88页当聚合物在光照下，通过光化学反应聚合或交联，迅速固化，当聚合物在光照下，通过光化学反应聚合或交联，迅速固化，从而达到保护或美化材料表面的一种涂料。从而达到保护或美化材料表面的一种涂料。第六章第六章 第一节第一节 光敏高分子材料概述光敏高分子材料概述二、二、 光敏高分子的分类光敏高分子的分类1、高分子光敏涂料：、高分子光敏涂料：2、高分子光刻胶：、高分子光刻胶：通过光化学反应（光交联或光降解）改通过光化学反应（光交联或光降解）改变聚合物，增加光加工性来制成某一些特殊元件的一类高变聚合物，增加光加工性来制成某一些特殊元件的一类高分子。多用于集成电路工业。分子。多用于集成电路工业。3、高分子光稳定剂：、高分子光稳定剂：通过吸收大量的光能，使保护高分子通过吸收大量的光能，使保护高分子或其它材料在光的作用下发生质变的一类高分子。或其它材料在光的作用下发生质变的一类高分子。现在学习的是第7页，共88页4、高分子荧光或夜光材料：、高分子荧光或夜光材料：光照下，吸收光能以荧光或磷光光照下，吸收光能以荧光或磷光的形式发出的高分子材料。的形式发出的高分子材料。5、高分子光催化剂：、高分子光催化剂：吸收光能后能，把光能转变为化学能的吸收光能后能，把光能转变为化学能的装置，称为光能转换装置，其中本身不直接进行光能转换，但能装置，称为光能转换装置，其中本身不直接进行光能转换，但能够促进其它物质转换作用的高分子称为高分子光催化剂。够促进其它物质转换作用的高分子称为高分子光催化剂。6、光能转换聚合物：、光能转换聚合物：吸收太阳能，并把太阳能转变为热能，吸收太阳能，并把太阳能转变为热能，电能或化学能等的一类高分子。电能或化学能等的一类高分子。第六章第六章 第一节第一节 光敏高分子材料概述光敏高分子材料概述二、二、 光敏高分子的分类光敏高分子的分类现在学习的是第8页，共88页7、光导电聚合物：、光导电聚合物：光照的前提下，外加电压时，导电性能光照的前提下，外加电压时，导电性能显著变化的高分子化合物。显著变化的高分子化合物。8、光致变色高分子材料：、光致变色高分子材料：9、高分子非线性光学材料：、高分子非线性光学材料：10、高分子光力学材料：、高分子光力学材料：第六章第六章 第一节第一节 光敏高分子材料概述光敏高分子材料概述二、二、 光敏高分子的分类光敏高分子的分类现在学习的是第9页，共88页 光敏高分子的定义？第一节第一节 光敏高分子材料概述小结光敏高分子材料概述小结 高分子光化学反应类型高分子光化学反应类型？光交联、光降解、光异光交联、光降解、光异构化反应构化反应 光敏高分子的分类光敏高分子的分类？1、高分子光敏涂料：、高分子光敏涂料： 2、高分子光刻胶、高分子光刻胶:3、高分子光稳定剂：、高分子光稳定剂： 4、高分子荧光或夜光材料：、高分子荧光或夜光材料：5、高分子光催化剂：、高分子光催化剂： 6、光能转换聚合物：、光能转换聚合物：7、光导电聚合物：、光导电聚合物： 8、光致变色高分子材料：、光致变色高分子材料：9、高分子非线性光学材料：、高分子非线性光学材料：10、高分子光力学材料：、高分子光力学材料：现在学习的是第10页，共88页特点：特点：与普通涂料比较，与普通涂料比较，因为不用大量溶剂挥发因为不用大量溶剂挥发，避免环境污染。固化时间短，涂层在粉刷后进行交避免环境污染。固化时间短，涂层在粉刷后进行交联等光化学反应，则可以得到交联度高，机械强度联等光化学反应，则可以得到交联度高，机械强度大的涂层。大的涂层。 光敏涂料添加剂：光敏涂料添加剂：交联剂，稀释剂，光敏剂或光引交联剂，稀释剂，光敏剂或光引发剂，阻聚集和调色剂等。发剂，阻聚集和调色剂等。 分子量要求一般为分子量要求一般为10005000。是低聚合物。是低聚合物。第二节第二节 光敏涂料和光敏胶光敏涂料和光敏胶第六章第六章 现在学习的是第11页，共88页水性聚氨酯防水涂料(WPU)产品无毒无味，具有良好的粘结和不透水性，对砂浆水泥基石面和石材，金属制品都有很强的粘附力，产品的化学性质稳定，能长期经受日光的照射，强度高，延伸率大，弹性好，防水效果好。 产品名称：法斯特外墙乳胶漆产品基料：丙稀酸酯共聚乳液和进口颜填料及助剂等优质材料。 适用范围：适用于水泥、砖石、混凝土建筑外墙表面的饰。 外墙乳胶漆现在学习的是第12页，共88页 目前光敏涂料除多用于建筑材料（包括木目前光敏涂料除多用于建筑材料（包括木材），金属材料等的涂料外，还用于液晶显示材），金属材料等的涂料外，还用于液晶显示器以及电子元件的封装等等。器以及电子元件的封装等等。1。环氧树脂性低聚物。环氧树脂性低聚物H2CCHOH2COCCH3CH3O CH2CCH3CH3CH2OCCH3CH3nOCH2CHCH2O第二节第二节 光敏涂料和光敏胶光敏涂料和光敏胶第六章第六章 一、一、 光敏涂料的结构类型光敏涂料的结构类型现在学习的是第13页，共88页2。不饱和聚酯。不饱和聚酯H2CHCCH3OHOH+OOOOOO+OOOOOOOOOOOO1 1, ,2 2- -丙丙二二醇醇邻邻苯苯二二甲甲酸酸酐酐马马来来酸酸酐酐不不饱饱和和聚聚酯酯型型光光敏敏涂涂料料预预聚聚体体的的合合成成聚酯型光敏高分子涂料具有坚韧，硬度高和耐溶剂性好等特点。聚酯型光敏高分子涂料具有坚韧，硬度高和耐溶剂性好等特点。现在学习的是第14页，共88页具有粘接力强，耐磨等特点。但是，紫外光的作用下具有粘接力强，耐磨等特点。但是，紫外光的作用下颜色发生变化（变黄）。一般用含羟基的丙烯酸（或颜色发生变化（变黄）。一般用含羟基的丙烯酸（或甲基丙烯酸）与多元异氰酸酯反应得到预聚合体。甲基丙烯酸）与多元异氰酸酯反应得到预聚合体。3。聚氨酯：。聚氨酯：第二节第二节第六章第六章 一一. 光敏涂料的结构类型光敏涂料的结构类型CH3H3CNCONCOH3CHCCHOHO+现在学习的是第15页，共88页是一种低粘度涂料。价格低。合成一般环氧化合物和多是一种低粘度涂料。价格低。合成一般环氧化合物和多元醇缩聚而成。如：元醇缩聚而成。如：CH2OHCHOHCH2CH2OH3+H2CCHOCH3CH2(O-CHCH2)nOHCH(O-CHCH2)nOHCH2CH2(O-CHCH2)nOH3CH3CH3CH34。聚醚：。聚醚：第二节第二节第六章第六章 一一. 光敏涂料的结构类型光敏涂料的结构类型现在学习的是第16页，共88页按性能分类，可分为正胶和负胶。按性能分类，可分为正胶和负胶。正胶正胶：经过光照后溶解性增大。：经过光照后溶解性增大。负胶负胶：经过光照后溶解性降低。：经过光照后溶解性降低。二、光致抗蚀剂或光刻胶二、光致抗蚀剂或光刻胶第二节第二节 光敏涂料和光敏胶光敏涂料和光敏胶第六章第六章 现在学习的是第17页，共88页主要用途：在集成电路制造中，半导体氧化层中许主要用途：在集成电路制造中，半导体氧化层中许 多地方要除去，部分地方要留下。一般采用化学多地方要除去，部分地方要留下。一般采用化学 腐蚀法。这样根据事先设计好的图按，利用适当腐蚀法。这样根据事先设计好的图按，利用适当 的光敏高分子胶可以保护或破坏被涂半导体层进的光敏高分子胶可以保护或破坏被涂半导体层进 行化学腐蚀，可以达到保留或除去的目的。这种行化学腐蚀，可以达到保留或除去的目的。这种 技术目前在电子工业中起着重要的作用。技术目前在电子工业中起着重要的作用。二、二、光致抗蚀剂或光刻胶光致抗蚀剂或光刻胶第二节第二节 光敏涂料和光敏胶光敏涂料和光敏胶第六章第六章 现在学习的是第18页，共88页光刻胶的作用原理如下：光刻胶的作用原理如下：涂胶氧化层基层正胶负胶暴光坚膜显影刻蚀剥胶第二节第二节 光敏涂料和光敏胶光敏涂料和光敏胶第六章第六章 现在学习的是第19页，共88页1. 常用的负性抗蚀剂（光刻胶）常用的负性抗蚀剂（光刻胶）H2CHCnOHCH CHCCl+H2CHCnOCOCH=CHC6H5OH2CHCnOCOCH=CHC6H5H2CCnOCOCH=CHC6H5+HH2CHCnOCOHCHCC6H6C6H5CCCHOOH2CCnH（聚乙烯醇肉桂酸酯）（聚乙烯醇肉桂酸酯）第二节第二节 光敏涂料和光敏胶光敏涂料和光敏胶第六章第六章 现在学习的是第20页，共88页 除以上的聚合物以外，还有聚乙烯氧肉桂酸乙酯，除以上的聚合物以外，还有聚乙烯氧肉桂酸乙酯，聚对亚苯基二丙烯酸酯，聚乙烯醇肉桂叉乙酸酯等聚对亚苯基二丙烯酸酯，聚乙烯醇肉桂叉乙酸酯等等。等。除均聚化合物外，还有共聚光刻胶，如：二乙烯苯，除均聚化合物外，还有共聚光刻胶，如：二乙烯苯，N,N-亚甲基双丙烯酰胺，双丙烯酸乙二醇酯和安息香酶亚甲基双丙烯酰胺，双丙烯酸乙二醇酯和安息香酶酯等配制二成的负性光刻胶等。酯等配制二成的负性光刻胶等。第二节第二节 光敏涂料和光敏胶光敏涂料和光敏胶第六章第六章 现在学习的是第21页，共88页2.正性抗蚀剂（光刻胶）正性抗蚀剂（光刻胶） 该类胶的最大优点是水溶液可代替有机溶剂作为该类胶的最大优点是水溶液可代替有机溶剂作为显影剂，安全性以及经济角度来考虑具有优势。但是，显影剂，安全性以及经济角度来考虑具有优势。但是，该类化合物对光分解后的显影工艺要求较高。光照后该类化合物对光分解后的显影工艺要求较高。光照后溶解性变化不如负性胶。溶解性变化不如负性胶。 第二节第二节 光敏涂料和光敏胶光敏涂料和光敏胶第六章第六章 现在学习的是第22页，共88页2.正性抗蚀剂（光刻胶）正性抗蚀剂（光刻胶）O OS SO O2 2N N2 2O OH H2 2C CO OH HH H2 2C Cm mn n 第二节第二节 光敏涂料和光敏胶光敏涂料和光敏胶第六章第六章 现在学习的是第23页，共88页 早期应用的正胶为：连接有邻重氮萘醌结构的线形酚醛早期应用的正胶为：连接有邻重氮萘醌结构的线形酚醛树脂。认为感光后侧链上的邻重氮萘醌脱落，生成在碱性树脂。认为感光后侧链上的邻重氮萘醌脱落，生成在碱性溶液中可溶的黄酸基化合物。溶液中可溶的黄酸基化合物。 近年发展了深紫外光致抗蚀剂。其主要特点是，利近年发展了深紫外光致抗蚀剂。其主要特点是，利用能量较高深紫外光，使比较稳定的一些键发生断裂，用能量较高深紫外光，使比较稳定的一些键发生断裂，提高溶解性的变化。提高溶解性的变化。第二节第二节 光敏涂料和光敏胶光敏涂料和光敏胶第六章第六章 现在学习的是第24页，共88页 近年发展了深紫外光致抗蚀剂。其主要特点是，利用近年发展了深紫外光致抗蚀剂。其主要特点是，利用能量较高深紫外光，使比较稳定的一些键发生断裂，提能量较高深紫外光，使比较稳定的一些键发生断裂，提高溶解性的变化高溶解性的变化H2CCCH3COOCH3H2CCCH3COOH3COH2C聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯波长范波长范200240nm。甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸甲酯-茚酮共聚物，茚酮共聚物，波长波长230300nm。第二节第二节 光敏涂料和光敏胶光敏涂料和光敏胶第六章第六章 现在学习的是第25页，共88页H2CCCH3CCH3OH2CCCH3COOCH3H2CCCH3COO CH3甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸甲酯-对甲氧苯基异丙基对甲氧苯基异丙基酮共聚物，波长范围酮共聚物，波长范围220360nm。 聚甲基异丙烯酮聚甲基异丙烯酮波长范围波长范围230320nm。第二节第二节 光敏涂料和光敏胶光敏涂料和光敏胶第六章第六章 现在学习的是第26页，共88页 因为紫外光扩散时，有光的绕射，则一般使用波长在因为紫外光扩散时，有光的绕射，则一般使用波长在350450nm 的光源，只能加工成线宽为的光源，只能加工成线宽为1微米的集成电路。微米的集成电路。为了得到微米以下线宽的集成电路，最近使用能量更高的为了得到微米以下线宽的集成电路，最近使用能量更高的辐射源，如：电子和辐射源，如：电子和X-射线等。由于它们能量高，高分子射线等。由于它们能量高，高分子中不需要有发色团也能够较稳定的化学键断裂，得到更显中不需要有发色团也能够较稳定的化学键断裂，得到更显著的溶解性差别，并且能够得到准确度更高的集成电路刻著的溶解性差别，并且能够得到准确度更高的集成电路刻线。线。第二节第二节 光敏涂料和光敏胶光敏涂料和光敏胶第六章第六章 现在的发展趋势现在的发展趋势现在学习的是第27页，共88页第二节第二节 小结小结 高分子光敏涂料的特点? 一、光敏涂料的结构类型？一、光敏涂料的结构类型？ 1、环氧树脂性低聚物、环氧树脂性低聚物 2、不饱和聚酯、不饱和聚酯3、聚氨酯：、聚氨酯： 4、聚醚：、聚醚：二、光致抗蚀剂或光刻胶二、光致抗蚀剂或光刻胶1、光刻胶胶的用途和应用原理、光刻胶胶的用途和应用原理?2、光刻胶的类型、光刻胶的类型?现在学习的是第28页，共88页 第三节第三节 高分子光稳定剂高分子光稳定剂高分子的老化：高分子的老化：高分子材料在加工，储存和使用过程中高分子材料在加工，储存和使用过程中在光，热，氧，水分和其它化学物质的作用下变质，严在光，热，氧，水分和其它化学物质的作用下变质，严重时失去应用价值。这种现象称为重时失去应用价值。这种现象称为老化老化。若影响因素是。若影响因素是以光为主，则称为以光为主，则称为光老化光老化。 阳光引起的高分子老化反应主要是：阳光引起的高分子老化反应主要是：光降解光降解 光氧化和光交联光氧化和光交联 第六章第六章 现在学习的是第29页，共88页光降解光降解：在光的作用下，高分子键活化，断裂。导致分子：在光的作用下，高分子键活化，断裂。导致分子的机械性能下降，溶解性增大。的机械性能下降，溶解性增大。光氧化及光交联光氧化及光交联：光的作用下产生自由基，进而在氧的作：光的作用下产生自由基，进而在氧的作用下产生氧参与的化学反应，在高分子链上用下产生氧参与的化学反应，在高分子链上引入羧基，羰引入羧基，羰基，过氧化基基，过氧化基以及和以及和不饱和键不饱和键等，改变高分子化学成分来等，改变高分子化学成分来影响高分子各类物理及化学性能。条件具备的情况下，影响高分子各类物理及化学性能。条件具备的情况下，自由基进一步反应，生成交联化合物。自由基进一步反应，生成交联化合物。 第三节第三节 高分子光稳定剂高分子光稳定剂 第六章第六章 现在学习的是第30页，共88页高分子材料的光化学老化比较复杂，影响因素也较多，高分子材料的光化学老化比较复杂，影响因素也较多，下面只讨论较典型一些光化学老化过程以及一些光化下面只讨论较典型一些光化学老化过程以及一些光化学稳定剂。学稳定剂。 第三节第三节 高分子光稳定剂高分子光稳定剂 第六章第六章 现在学习的是第31页，共88页 太阳光是影响光老化的主要因素，太阳光经大气层滤太阳光是影响光老化的主要因素，太阳光经大气层滤过到地面的波长范围为过到地面的波长范围为290-3000nm之间。太阳光主要包含之间。太阳光主要包含光线组成为：紫外光光线组成为：紫外光10%，可见光，可见光50%，红外光，红外光40%。其。其中紫外光虽然占的比列不大，但是能量较高，则对高分子中紫外光虽然占的比列不大，但是能量较高，则对高分子老化影响最大。可见光对光降解反应的影响较小，红外光老化影响最大。可见光对光降解反应的影响较小，红外光虽然能量较低，但是高分子吸收红外光后温度提高，促使虽然能量较低，但是高分子吸收红外光后温度提高，促使光降解反应。光降解反应。 第三节第三节 高分子光稳定剂高分子光稳定剂 第六章第六章 1. 光的波长，光吸收度和光量子效率的影响。光的波长，光吸收度和光量子效率的影响。一、光降解光氧化过程一、光降解光氧化过程现在学习的是第32页，共88页 影响光降解反应的主要因素处波长外，还有吸光影响光降解反应的主要因素处波长外，还有吸光度与激发态分子的能量转化过程也有较大的影响。一度与激发态分子的能量转化过程也有较大的影响。一般光降解程度由光降解量子数（般光降解程度由光降解量子数（）表示：）表示： = 光降解分子数光降解分子数吸光分子数吸光分子数 第三节第三节 高分子光稳定剂高分子光稳定剂 第六章第六章 1. 光的波长，光吸收度和光量子效率的影响。光的波长，光吸收度和光量子效率的影响。一、光降解光氧化过程一、光降解光氧化过程现在学习的是第33页，共88页常见的一些高分子的光老化波长和光降解量子数。常见的一些高分子的光老化波长和光降解量子数。聚合物聚合物光敏区光敏区（nm）（254nm）聚合物聚合物光敏区光敏区（nm）（254nm）聚四氟乙聚四氟乙烯烯20010-5纤维素纤维素250 10-3聚乙烯聚乙烯2004 x 10-2聚甲基丙聚甲基丙烯酸甲酯烯酸甲酯2142 x 10-4聚丙烯聚丙烯200 10-1聚己内酰聚己内酰胺胺6 x 10-4聚氯乙烯聚氯乙烯200 10-4聚苯乙烯聚苯乙烯260，210 10-3乙酸纤维乙酸纤维素素 10 105 5V /cm V /cm （激光才能满足此条件）（激光才能满足此条件）材料的超极化率）材料的超极化率，值明显值明显其中其中值明显为二阶非线性光学材料，值明显为二阶非线性光学材料， 值明显为三值明显为三阶非线性光学材料。阶非线性光学材料。 第六节第六节 高分子非线性光学材料高分子非线性光学材料 第六章第六章 现在学习的是第83页，共88页二阶非线性光学材料的性质二阶非线性光学材料的性质必要条件：材料必须具有非中心对称性必要条件：材料必须具有非中心对称性）倍频效应频率提高一倍）倍频效应频率提高一倍）电光效应电的作用下，折射率发生变化）电光效应电的作用下，折射率发生变化 第六节第六节 高分子非线性光学材料高分子非线性光学材料 第六章第六章 现在学习的是第84页，共88页三阶非线性光学材料的性质三阶非线性光学材料的性质（1）光折射效应）光折射效应: -光的折射率随光强改变而改变。光的折射率随光强改变而改变。（2）反饱和吸收和激光限幅效应：）反饱和吸收和激光限幅效应：在强光的作用下，吸在强光的作用下，吸收系数增大的效应。可以限制激光的透过率，保证光的平稳收系数增大的效应。可以限制激光的透过率，保证光的平稳透过。透过。（3）三倍频效应：）三倍频效应： 第六节第六节 高分子非线性光学材料高分子非线性光学材料 第六章第六章 现在学习的是第85页，共88页4. 非线性光学材料的种类和结构要求非线性光学材料的种类和结构要求根据材料的类型分为三种类型根据材料的类型分为三种类型（1 1）无机晶体材料：宝石等）无机晶体材料：宝石等（2 2）有机晶体材料：）有机晶体材料：（3 3）高分子模型材料）高分子模型材料： 第六节第六节 高分子非线性光学材料高分子非线性光学材料 第六章第六章 现在学习的是第86页，共88页 第六节第六节 高分子非线性光学材料高分子非线性光学材料 第六章第六章 现在学习的是第87页，共88页感谢大家观看8/21/2022现在学习的是第88页，共88页