光学材料在光/电子设备等领域应用广泛,其性能优劣直接影响设备的功能和效率,因而光学材料长期以来受到研究人员的关注。随着社会的发展,光/电子设备朝着小型化、轻便化、高性能化发展,对光学材料的性能提出了更高的要求。反映光学材料性能的主要指标包括:折光指数、阿贝数、色散、透过率、机械性能和稳定性。其中,折光指数直接与光通量相关,是衡量光学材料性能的重要参数之一。高折光指数材料由于具有光通量高,反射率低等特点;折光指数响应性材料能够表现出折光指数随外界刺激（如温度、光照、电压、电流、湿度、氧化和还原等）改变的特性。因此,开发具有高折光指数和折光指数响应性材料引起了研究人员的广泛关注。根据材料结构与性能的构效关系,聚合物表现出优异的结构设计性,能够带来新的性能,成为开发高折光指数和折光指数响应性材料的首选。根据Lorentz-Lorenz方程,在聚合物链中引入高摩尔折射率基团能够有效提高折光指数。在现有的文献报道中,不包括氟元素的卤素、磷元素、硫醚和硒醚都具有较高的摩尔折射率,将它们引入聚合物链中都能够提高折光指数。其中,硒醚的摩尔折射率相对于其它几种元素更大,提高聚合物折光指数的效果更加明显。同时,相比于同一主族的硫,硒还具有更加优异的氧化还原和光响应性。然而,利用硒醚功能团氧化还原和光响应性而带来的结构变化,制备折光指数响应性聚合物并未引起研究人员的关注。再者,光学材料对聚合物的稳定性和机械性能也有较高的要求。酰亚胺聚合物具有优异的热稳定性和机械性能,同时其基础折光指数较高,成为制备高性能光学材料的理想选择之一。基于以上考虑,本论文设计并制备了一系列硒醚功能化酰亚胺聚合物,以提高聚合物折光指数,并研究聚合物结构与折光指数、热稳定性等之间的关系。再结合硒醚功能团的响应性,研究了聚合物折光指数在氧化还原条件下和光照下的改变,探索其在氧化还原传感器和光掩模图案化方面的应用。具体研究内容如下:1.本论文首先以主链含酰亚胺结构的聚酰亚胺为研究对象,研究硒醚和三氟甲基的引入对聚酰亚胺性能的影响,以及含硒醚聚酰亚胺在氧化还原处理后折光指数的改变。具体工作如下:合成了含三氟甲基和硒醚结构的二胺单体BTFAPSe以及硒醚功能化的二胺单体BAPSe。将它们与不同的二酸酐单体交叉聚合,制备了五种不同结构的聚酰亚胺。研究了这些聚酰亚胺在常见有机溶剂中的溶解性,结构与折光指数以及热稳定性之间的关系。研究结果表明:所得聚酰亚胺的溶解性随着硒醚和三氟甲基基团含量的提高而提高;折光指数随着硒含量的提高而提高（在633 nm处折光指数从1.632提高到1.844）,三氟甲基含量的提高而降低（在633 nm处折光指数由1.844降低到1.831）;热稳定性随着硒含量的提高而降低（热分解温度从539℃降低到481℃,玻璃化转变温度从261℃降低到218℃）,三氟甲基含量的提高而提高（热分解温度从481℃提高到486℃,玻璃化转变温度从218℃提高到245℃）。另外,利用硒醚氧化后转变成硒亚砜,然后再还原回到硒醚的特点,使得溶解性最优的含硒聚酰亚胺在633 nm处的折光指数经历从1.831（初始,硒醚）到1.817（氧化,硒亚砜）再到1.827（还原,硒醚）改变。研究结果说明,硒醚的引入不仅能够提高聚合物的折光指数,还为制备折光指数响应性的氧化还原传感器提供了新方法。2.本论文再以侧链含酰亚胺结构的马来酰亚胺聚合物为研究对象,研究聚合物结构参数对性能的影响,以及聚合物中硒醚结构在氧化还原处理后折光指数的改变。具体工作如下:合成了具有二苯基醚,二苯基硫醚,或者二苯基硒醚取代的N-苯基马来酰亚胺单体,分别命名为OPMI,SPMI和SePMI。将这三种单体分别与苯乙烯（St）等摩尔比RAFT共聚,制备了三种不同功能性取代基（氧、硫和硒）的马来酰亚胺聚合物。研究了聚合物的取代基与折光指数以及热稳定性之间的关系。研究结果表明:聚合物折光指数随着氧、硫和硒的顺序提高（在633 nm处的折光指数从1.563提高到1.692）;聚合物的热分解温度几乎不变（Td≈374℃）,玻璃化转变温度随着氧、硫和硒的顺序下降而下降（Tg从186℃下降到173℃）。为进一步提高硒含量,合成了苯基硒苯乙烯PhSeSt,将其与SePMI等摩尔比RAFT聚合,得到的聚合物折光指数显著提高,在633 nm处的折光指数达到1.869。热分解温度基本不变（Td=375℃）,玻璃化转变温度有所下降（Tg=143℃）。进一步利用SePMI与St等摩尔RAFT共聚,通过改变聚合时间,得到分子量不同的聚合物,研究了聚合物分子量与折光指数之间的关系。研究结果表明:随着聚合物分子量的提高,聚合物折光指数增加。所制备聚合物分子量为27300 Da时,在633 nm处的折光指数达到1.696。继续改变SePMI与St的摩尔比,通过RAFT共聚,得到五种分子量相似组成不同的马来酰亚胺聚合物,研究了聚合物组成对折光指数和热稳定性的影响。研究结果表明:随着聚合物中SePMI含量提高,聚合物折光指数提高（在633 nm处折光指数从1.590提高到1.692）,聚合物热稳定性提高（热分解温度从318℃提高到373℃,玻璃化转变温度从103℃提高到173℃）。另外,利用硒含量最高的聚合物实现了折光指数随着氧化-还原状态的循环改变。具体为:在633 nm处折光指数经历从1.869（初始,硒醚）到1.783（氧化,硒亚砜）再到1.859（还原,硒醚）循环改变,该循环最多达到4次。我们不仅系统研究了聚合物的取代基团、分子量和组成对折光指数的影响,还构建了可多次循环使用的折光指数响应性氧化还原传感器。3.本论文继续以马来酰亚胺聚合物为研究对象,将硒醚功能团从2中马来酰亚胺的氮取代侧转变到双键侧,研究烷基C-Se键的氧化响应性。具体工作如下:合成了硒醚功能化的马来酰亚胺单体BPSeMI,将其与苯乙烯（St）以不同摩尔比自由基共聚,得到五种不同硒含量的马来酰亚胺聚合物。研究了聚合物折光指数与硒含量之间的关系。研究结果表明:聚合物折光指数随着硒含量的提高而提高（在633 nm处的折光指数从1.595提高到1.659）。以硒含量最高的聚合物为研究对象,先研究了该聚合物在30%H2O2或50 ppm O3的刺激下折光指数的改变。研究结果表明:用30%H2O2氧化处理聚合物120分钟后,其在633 nm处的折光指数从1.659下降到1.596,下降了 0.063;用50 ppm O3氧化处理该聚合物10分钟后,其在633 nm处的折光指数从1.659下降到1.600,下降了 0.059。对比这两个氧化结果,可以发现50ppm O3的氧化效果更好。再将该马来酰亚胺聚合物与反蛋白石光子晶体相结合,利用聚合物折光指数改变而对应的光子晶体颜色改变的特点,实现了最快2分钟对50 ppm O3的简易、快速和可视化检测。4.本论文接着以马来酰亚胺聚合物为研究对象,将硒醚功能团从3中马来酰亚胺的双键取代侧再转变到氮取代侧,但不同于2中的芳基C-Se键,研究了烷基C-Se键的光响应性。具体工作为:合成了 N-丙基苯基硒醚马来酰亚胺单体PhSePMI以及类似结构的含硫单体PhSPMI。将PhSePMI和PhSPMI分别与苯乙烯（St）等摩尔比自由基共聚,分别得到聚合物SePP1和SPP。SePP1具有与PS相类似的透明性（SePP1在380 nm处的透过率达到98.1%;PS在380 nm处的透过率达到为99.8%）,高于PS的折光指数（SePP1在633 nm处的折光指数达到1.622;PS在633 nm处的折光指数为1.588）,可比于PS的热稳定性（SePP1的热分解温度为317℃,PS的热分解温度为330℃;SePP1的玻璃化转变温度为93℃,PS的玻璃化转变温度为103℃）,是优异的光学材料。以SePP1和SPP为研究对象,比较了烷基C-Se键和烷基C-S键的光响应性;以SePP1和2中的聚合物为研究对象,比较了烷基C-Se键和芳基C-Se键的光响应性。研究结果表明:烷基C-Se键能够在紫外光照下断裂,使得聚合物分子量下降（紫外光照射SePP1溶液12小时,其分子量从61600 Da下降到48500Da）,折光指数降低（Δn=0.009）,并且在除氧后能够发生光交联。通过量化计算得到烷基C-Se具有最小的键能（57.9 kcal mol-1）,与实验结果相吻合。另外,利用SePP1在除氧条件下的光交联反应以及聚合物折光指数降低（Δn=0.009）,实现了温和条件下清晰、可视的图案化。