新型高取向稳定性极化聚合物二阶非线性光学材料的合成与表征

Poled polymers for second-nonlinear optical(NLO) materials were considered to be the ideal material for the fabrication of high-speed electro-optical(EO) modulating devices, due to the advantages of molecule variable,low micro-wave dielectric constant and high modulating frequency (>100G),ultra-low drive voltage(<1V), ease of processing molding, and can be integrated with any optical-electronic devices. The first-order hyperpolarization of the chromophores, poled efficiency and orientation stability greatly affact their non-linear optical properties.By now,the main difficulties that limit applications of poled polymeric materials are:(1) the formation of J-aggregation of chromophores in the materials offset the nonlinear optical property;(2) bad orientation stability of the chromophores in the materials;(3) the chromophores which can be appllied generally have low βvalues, etc..In this issue,on the basis of our previous works,we prepare to design and synthesis a novel copolymers containing "spinle-like" chromophores for second-nonlinear optical materials,and study their properties and it's relationship with the stucture and monomer proportions.We hope to obtain poled polymer NLO materials with excellent orientation stabilities by using their larger freedom of rotation volume and stereo-hindrance effect, which could effectively decrease the intermolecular aggregations

极化聚合物二阶非线性光学材料以其分子结构的可设计性、较低的微波介电常数和高的调制频率（100GHz）以及较低的调制电压（低达1V左右），易于加工成型且能与任何光电子器件集成等优势被认为是未来光学通讯制备高速电光调制器件的理想材料。生色团分子的一阶超极化率β、极化取向度和取向稳定性都会影响材料的非线性光学性质。目前，制约极化聚合物应用的关键问题是：（1）生色团分子在材料中形成J-聚集使非线性效应抵消；（2）生色团分子在材料中的取向稳定性差，性能衰减快；（3）能够应用的生色团的β值较小等。.本课题拟在我们前期工作基础上，设计、并且合成一系列的具有腰接基团的新型二阶非线性光学生色团分子的共聚物，研究其结构、共聚单体比例与性能之间的关系。期望利用含有腰接基团的高β值的生色团分子，利用它们较大的自由旋转体积和"空阻"效应有效减少分子间聚集，稳定其取向，得到取向稳定性好的极化聚合物材料。

极化聚合物二阶非线性光学材料以其分子结构的可设计性、较低的微波介电常数和高的调制频率（100GHz）以及较低的调制电压（低达1V左右），易于加工成型且能与任何光电子器件集成等优势被认为是未来光学通讯制备高速电光调制器件的理想材料。生色团分子的一阶超极化率β、极化取向度和取向稳定性都会影响材料的非线性光学性质。目前，制约极化聚合物应用的关键问题是：（1）生色团分子在材料中形成J-聚集使非线性效应抵消；（2）生色团分子在材料中的取向稳定性差，性能衰减快；（3）能够应用的生色团的β值较小等。. 在前期工作基础上，(1）我们成功地合成了含纺锤型生色团的聚氨酯非线性光学材料，并进一步对合成的聚氨酯进行改进，结合了Y型聚合物应用于二阶非线性光学材料的优势，合成了含不同纺锤型生色团分子的Y型聚氨酯，这种结构的聚氨酯可以提高极化效率并且具有较好的取向稳定性。聚氨酯材料可以在不掺杂其他聚合物的条件下极化并具有较好的取向稳定性。IPDI-1和IPDI-2的电光系数分别为30 pm/V和27pm/V；在80℃下加热200小时，IPDI-2的电光系数仍分别保持为初始值的90%。.(2）我们还进一步对纺锤型生色团分子进行优化，包括两个方面：1）接入不同结构、不同长度的烷基链，合成烷基修饰二维纺锤型生色团分子STC, STC-tBu，STC-C4，STC-C8增加了位阻和分子柔性，提高极化效率；我们对烷基链结构、长度对生色团非线性的影响进行探究，通过极化前后的紫外吸收计算极化效率，含正辛基链的生色团分子STC-C8可以更有效的提高极化效率。2）我们设计合成不对称纺锤型生色团分子，该分子具有纺锤型生色团分子含苯环位阻的优势且可调节微观非线性，改变生色团分子的非线性效应。紫外测试结果生色团分子S-3F,S-CN的最大吸收波长相对于生色团分子F-3F,F-CN红移，具有更大的微观非线性。