感光性高分子分析.ppt

感光性高分子 感光性高分子是指在吸收了光能后，能在分子内或分子间产生化学、物理变化的一类功能高分子材料。而且这种变化发生后，材料将输出其特有的功能。从广义上讲，按其输出功能，感光性高分子包括光致抗蚀材料、光致诱蚀材料、光致变色材料、光能储存材料、光记录材料、光导电材料、光电转换材料等。 感电子束和感X射线高分子在本质上与感光高分子相似。 光导电材料和光电转换材料归属于导电高分子一类，本章不作介绍。 开发比较成熟并有实用价值的感光性高分子材料主要有光致抗蚀材料和光致诱蚀材料，包括光刻胶、光固化粘合剂、感光油墨、感光涂料等。 半导体电子器件或集成电路的制造中，需要在硅晶体或金属等表面进行选择性的腐蚀，为此，必须把不应腐蚀的部分保护起来，将光刻胶均匀涂布在被加工物体表面，通过对所需加工后的图形进行曝光，由于受光照与未受光照部分发生溶解度的差别，然后用适当溶剂显影，就可得到由光刻胶组成的图形，再用适当腐蚀液除去被加工表面的暴露部分，就形成了所需要的形状，这种刻蚀工艺叫光刻 光致变色高分子的特征： 在光照射时呈现颜色，停止光照后又能 回复原来的颜色。 （1）含甲亚胺结构 （2）含硫卡巴腙结构（如：红色--紫色） （3）含偶氮苯结构 （4）聚联吡啶型（无色--绿色） （5）含茚二酮结构 （6）含螺结构型 光致变色高分子的应用 窗玻璃、窗帘：调节室内光线； 护目镜：防止阳光、激光、电焊闪光伤害 军事上：伪装隐蔽、密写信息等。 2.1 光的性质和光的能量 物理学的知识告诉我们，光是一种电磁波。在 一定波长和频率范围内，它能引起人们的视觉，这 部分光称为可见光。广义的光还包括不能为人的肉 眼所看见的微波、红外线、紫外线、X 射线和γ射 线等。 现代光学理论认为，光具有波粒二相性。光的 微粒性是指光有量子化的能量，这种能量是不连续 的。光的最小能量微粒称为光量子，或称光子。光 的波动性是指光线有干涉、绕射、衍射和偏振等现 象，具有波长和频率。光的波长λ和频率ν之间有 如下的关系： c为光在真空中的传播速度(2.998×108m/s)。 在光化学反应中，光是以光量子为单位被吸收 的。一个光量子的能量由下式表示： 其中，h为普朗克常数（6.62×10-34 J·s）。 在光化学中有用的量是每摩尔分子所吸收的能 量。假设每个分子只吸收一个光量子，则每摩尔分 子吸收的能量称为一个爱因斯坦（Einstein），实 用单位为千焦尔（kJ）或电子伏特（eV）。 其中，N为阿伏加德罗常数（6.023×1023）。 用上式可计算出各种不同波长的光的能量 。 2.2 光化学定律 光化学现象是人们很早就观察到了的。例如， 染过色的衣服经光的照射而褪色；卤化银见光后会 变黑；植物受到光照会生长（光合成）等等。 1817年，格鲁塞斯(Grotthus)和德雷珀(Draper) 通过对光化学现象的定量研究，认识到并不是所有 的入射光都会引起化学反应，从而建立了光化学第 一定律，即Gtotthus—Draper定律。这个定律表述 为：只有被吸收的光才能有效地引起化学反应。其 含意十分明显。 1908年由斯达克 ( Stark ) 和1912 年由爱因斯坦 ( Einstein ) 对光化学反应作了进一步研究之后，提 出了Stark—Einstein定律，即光化学第二定律。该 定律可表述为：一个分子只有在吸收了一个光量子 之后，才能发生光化学反应。光化学第二定律的另 一表达形式为：吸收了一个光量子的能量，只可活 化一个分子，使之成为激发态。 2.3 分子的光活化过程 从光化学定律可知，光化学反应的本质是分子 吸收光能后的活化。当分子吸收光能后，只要有足 够的能量，分子就能被活化。 分子的活化有两种途径，一是分子中的电子受 光照后能级发生变化而活化，二是分子被另一光活 化的分子传递来的能量而活化，即分子间的能量传 递。下面我们讨论这两种光活化过程。 2.4 光化学反应与增感剂 2.4.1 光化学反应 在光化学反应研究的初期，曾认为光化学反应 与波长的依赖性很大。但事实证明，光化学反应几 乎不依赖于波长。因为能发生化学反应的激发态的 数目是很有限的，不管吸收什