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高折射率光学树脂因具有质轻、结构与性能可调、光学透明、耐冲击、易加工成型和成本低廉的优点,被广泛应用于传感器、检测器、发光二极管、微透镜阵列及光导纤维等光学元器件领域。研究表明,以下两种方法均能有效地提高聚合物材料的折射率:(1)在聚合物分子结构中引入高含硫基团和芳香环结构,(2)在聚合物材料中掺入粒径小于40nm的高折射率无机纳米粒子如Ti02、Zr02和ZnS等。然而目前报道的高折射率聚合物光学材料存在合成步骤复杂、透光性差、成本高昂、不易加工成型和无法制备厚块状材料等问题。为解决这些问题,本论文用简单、快捷、高效的一步法反应合成了一系列高折射率光学树脂,并对其纳米压印性能和在微透镜中的应用进行了研究,为解决高折射率光学树脂的大规模商业化应用问题做了系统性的研究,并为高性能化、轻量化、微型化和集成化的光学元器件的发展和应用提供了有价值的研究成果。涉及的主要研究内容及成果如下:1、以4,4-二羟基二苯硫醚、4,4-二羟基二苯砜、9,9-二[(4-羟乙氧基)苯基]芴和丙烯酰氯为原料,经简单、高效的一步亲核取代反应合成了 4,4-二羟基二苯硫醚二丙烯酸酯(M-1)、4,4-二羟基二苯砜二丙烯酸酯(M-2)和9,9-二[(4-羟乙氧基)苯基]芴二丙烯酸酯(M-3);采用异氰酸酯法,经亲核加成反应制备了硫代磷酸三苯基异氰酸酯三丙烯酸酯(M-4)、2,5-二巯基噻二唑二丙烯酸酯(M-5)和4,4-二巯基二苯硫醚二丙烯酸酯(M-6)。然后将含0.1 wt%过氧化二苯甲酰(BPO)引发剂的丙烯酸酯通过熔融聚合反应,成功制备了分子链中具有高含硫基团和芳香结构的高折射率丙烯酸酯聚合物(P-M-1～P-M-6),并对其各项性能进行了表征和研究。TGA结果表明,P-M-1、P-M-2、P-M-3和P-M-5耐热性好,热失重5wt%的温度(T5)分别为386.6℃、366.8℃、309.2℃ 和 402.3℃。UV-Vis 测试表明 P-M-1～P-M-6 的透光性优异,可见光区的透光率均在90%以上。椭偏仪测试表明P-M-1、P-M-3、P-M-5和P-M-6在550nm的折射率均超过1.60,P-M-6的折射率高达1.6363,说明分子结构中引入高含硫基团和芴基对提高材料折射率有明显效果。2、为制备更高折射率的光学树脂,在碱性催化剂下,将4,4-二羟基二苯硫醚、4,4-二羟基二苯砜和9,9-二[(4-羟基)苯基]芴与环氧氯丙烷一步反应合成了环氧树脂单体:4,4-二羟基二苯硫醚二缩水甘油醚(N-1)、4,4-二羟基二苯砜二缩水甘油醚(N-2)和9,9-二[(4-羟基)苯基]芴二缩水甘油醚(N-3);再以上述合成的环氧树脂单体为原料,经简单的一步法反应制备了环硫树脂单体:4,4-二羟基二苯硫醚二硫代缩水甘油醚(N-4)、4,4-二羟基二苯砜二硫代缩水甘油醚(N-5)和9,9-二[(4-羟基)苯基]芴二硫代缩水甘油醚(N-6)。然后将环氧和环硫树脂单体与等摩尔的4,4-二巯基二苯硫醚(TDBT)固化剂通过开环聚合反应,制得高含硫量的高折射率环氧和环硫树脂聚合物P-N-1～P-N-6。TGA测试表明,P-N-1、P-N-2和P-N-3的T5高于P-N-4、P-N-5和P-N-6,说明环氧树脂聚合物的热稳定性优于环硫树脂聚合物。UV-Vis测试表明,除P-N-5以外的聚合物的透光性好,可见光区的透过率均高于80%。椭偏仪测试表明,P-N-4、P-N-5和P-N-6在550 nm处的折射率均超过1.70,其中P-N-6的折射率最高,为1.7157;P-N-1、P-N-2 和 P-N-3 在 550 nm 处的折射率为 1.6847、1.6827 和 1.6932,说明高含硫结构的引入和TDBT的使用显著提高了环氧和环硫树脂聚合物的折射率。3、为研究高折射率光学树脂的纳米压印性能,将含0.1 wt%BPO的M-1～M-6和N-1/TDBT～N-6/TDBT固化体系用线宽为480nm、周期为690 nm的光栅结构模板和直径为50～400 nm的2D光子晶体模板进行纳米压印,成功制备了一系列高折射率聚合物光栅结构和光子晶体。结果表明,除N-2以外的高折射率光学树脂均具有优异的纳米压印性能,且分子结构中的柔性基团如醚键、硫醚键和亚甲基有利于其形成高保真度和低缺陷的压印图案,而强极性的基团如砜基和噻二唑基的作用则与之相反。4、为探索高折射率光学树脂在微透镜中的应用,基于其优异的纳米压印性能,成功制备了一系列直径为9.5 μm、7.5 μm和5.5 μm的微透镜PMM-1～PMM-6和PMN-1～PMN-6。SEM测试结果表明,除PMN-2以外的微透镜结构与所设计的一致。焦斑测试表明,大部分微透镜的焦斑呈明亮的圆点,焦斑与周围环境对比度高、清晰可辩,轮廓均匀性好,焦斑光强分布轴对称、均匀性高,说明微透镜的形貌轮廓好,这与SEM的表征结果相符。通过分析微透镜的焦斑尺寸(FWHM))可知,PMM-1～PMM-6和PMN-1～PMN-6因折射率的差异对光束表现出不同的聚焦能力,折射率越高的微透镜其FWHM越小,聚焦性能越好。折射率为1.5793、直径为 9.5 μm 和 5.5 μm 的 PMM-4 的 FWHM 分别为 1.4748 μm 和 1.1853μm,而折射率高达1.7032、相同直径的PMN-6的FWHM比PMM-4小很多,分别为1.1084 μm和0.7052 μm,说明PMN-6具有比PMM-4更优异的聚焦性能。