Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11455/3334
標題: 由雙馬來醯胺製備之高溫穩定二次非線性光學高分子材料
作者: 張家振
關鍵字: 馬來醯胺;發色團基;含無機矽氧烷之偶氮發色團基;溶膠-凝膠反應;有機-無機;高溫穩定
出版社: 化學工程學系
摘要: 
本研究之主要目的,是合成一系列具有高溫穩定之非線性光學材料。首先合成出具有高溫穩定之二次非線性發色團基,分別製備出馬來醯胺化之DO3及DAC(簡稱MIDO3、MIDAC),以及含無機矽氧烷之DAC(簡稱ASD-DAC)偶氮發色團基,由其熱重分析(TGA)圖顯示出5%之熱重損失(5% weight loss)溫度皆高於240℃,比一般之發色團基高出甚多。再將合成出之發色團基與雙馬來醯胺進行兩系列不同製程,一個部分是馬來醯胺化之發色團基(MIDO3、MIDAC)與雙馬來醯胺共聚合形成新的網狀交鏈高分子材料,因雙馬來醯胺(bismaleimide)比一般的聚亞醯胺(polyimide)容易加工處理,較一般常用的環氧樹脂具有更高的熱安定性,故所形成之共聚物有更高之高溫穩定性。另一個部分是分別將含無機矽氧烷之偶氮發色團基(ASD)及雙馬來醯胺先進行預聚合反應,再將預聚物進行混和,經由在電場中極化/熟化的過程,製備成有機-無機網狀互穿型之二次非線性光學高分子材料。
在二次非線性發色團基分子設計上主要分成兩大類進行。第一部份主要是合成具有馬來醯胺(maleimide)結構之發色團基,利用此馬來醯胺結構以形成網狀交鏈之非線性高分子。在這一部份中使用馬來醯胺作為高分子主鏈主要是因為馬來醯胺為一可直接熱交鏈之官能基,因此在極化/熟化的過程中可以減少溶劑、起始劑等雜質之影響,且交鏈後之馬來醯胺結構相當地堅硬,通常具有相當高的熱安定性。第二部份主要是合成含無機矽氧烷結構之發色團基(ASD),利用具有溶膠-凝膠反應之發色團基與可進行熱交鏈反應之高分子基材馬來醯胺相互摻混,製備出一高交鏈密度之有機-無機網狀互穿型之二次非線性光學高分子材料。
藉由本研究已成功合成出一系列含發色團基之雙馬來醯胺共聚合高分子材料及有機-無機網狀互穿型高分子材料。所製得之高分子材料均具有良好之光學透明性且易加工成膜。由發色團基之熱重分析(TGA)圖顯示出5%之熱重損失(5% weight loss)溫度皆高於240℃,尤其MIDAC及ASD-DAC皆高於280℃,比一般之發色團基高出甚多;由共聚物之熱重分析圖顯示,導入雙馬來醯胺所形成之共聚物比發色團基更進一步的提升了穩定性。除此之外,含無機矽氧烷結構之發色團基(ASD)與雙馬來醯胺可以任何比例加以摻混,製備網狀互穿型高分子材料,對於長久以來相容性的問題,亦得到具體的改善。
各系列材料所得到的二次非線性光學係數d33值在5.9∼57 pm/V間(在雷射光波長1064nm下)。經過長時間(190hr)之熱處理(100℃)下,其二次非線性光學係數值大都維持有原來的52%以上,尤其是ASD-DAC系列,其二次非線性光學係數值都維持有原來的73%以上。由此可知,導入含矽氧烷基之發色團基ASD-DAC所形成一系列有機-無機網狀互穿型高分子材料,由於有機成分和無機成分能各自形成網狀結構而相互糾纏,增加了材料的緻密程度,使得材料之非線性光學熱穩定性能更有效的改善。

Long-term NLO stability is the most important benchmark feature of polymeric materials for photonic applications. An NLO-active polymeric material with a high Tg and extensively crosslinked network is expected to exhibit excellent long-term stability of the second-order NLO properties. Bismaleimide polymers containing rigid backbones (high Tg) and densely crosslinked networks have been developed to meet this criterion. Two reactive chromphores (MIDO3 and MIDAC) with excellent thermal stability were incorporated into the bismaleimide polymer matrices, respectively. The NLO-active bismaleimide polymers possess Tg's higher than 200℃. Moreover, an organic-inorganic material based on bismaleimide and an alkoxysilane dye ASD for second-order nonlinear optics has been developed. Sol-gel reaction of ASDs is utilized to grow a network in polymer matrices. The NLO properties and their temporal stability at 100 oC were investigated.
URI: http://hdl.handle.net/11455/3334
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