光学聚合物/二氧化钛有序结构化新材料的设计、制备及其应用基础研究

设计并制备一种光学聚合物与二氧化钛结构化新材料。拟用光学聚合物搭建"蜂窝"状结构骨架；二氧化钛则以薄膜形态设置在"蜂窝"中的孔道阵列的内表面。由于光学聚合物的本征光学特性以及二氧化钛的本征半导体特性与光学特性，无论其结构尺度大小，都可以作为与能源、环境、资源利用密切相关的兼备两者优势的新颖结构化材料- - -阵列化光波导、阵列化半导体薄膜材料。由于其结构的特殊性，用它既可以实现对太阳光的高效率接收、高效率传输，又可以实现对二氧化钛的高效率负载、二氧化钛对太阳光的高效率吸收；我们预见：本申请设计、制备的新颖结构光学材料，对于构建高效率太阳能催化反应器（具备仿生光合成特性、光催化分解特性）、高效率太阳能电化学电池、以及其它阵列化光波导器件、阵列化半导体器件，提供关键材料基础。

微结构聚合物光纤具有周期排列的微孔阵列结构，良好的光学特性和稳定的物理化学特性，在光纤通信、光纤传感、太赫兹波导等领域有着广阔的应用前景。将具有光催化活性的纳米材料引入具有规整结构的阵列化光导管的内壁，形成由光学聚合物材料与无机光学材料组成的阵列光波导结构材料，可以直接利用太阳光实现“绿色”废水处理，从而在环境治理等领域发挥重要作用。本课题从制备具有特殊结构的微结构复合材料入手，成功研制了两套用于Topas COC基质新型微结构聚合物光纤预制棒制备的专用模具。依据材料的特性，改变传统工艺，研发了微结构聚合物光纤预制棒直接在模具中热压成型的制造工艺。不断优化预制棒制作工艺，掌握对Topas COC基质微结构聚合物光纤预制棒预拉伸参数，成功拉制3-10毫米直径Topas COC基质新型微结构光纤。该结构光纤不仅可以被用于制备二氧化钛－微结构光纤复合材料，还可以用于太赫兹波导器件等的制备研究。同时针对Topas COC基质新型微结构聚合物光纤，采用用全矢量有限元方法建立了对微结构聚合物光纤的单模特性、色散和损耗特性进行分析的理论模型。并且理论模拟了三角形晶格、折射率引导型的微结构聚合物光纤对结构参数对模场分布、单模特性和色散特性的影响规律，获得了具有极大/小模场面积和无限单模传输的光纤结构参数。该研究成果可以为微结构聚合物光纤在色散控制、偏振保持和非线性光学等方面的应用提供了理论指导。为了研究新材料在废水处理中的特性，我们成功制备了可见光催化剂Ag/AgBr纳米粒子，并将其用于微结构聚合物光纤二预制棒孔道内壁的负载研究，从而建立了用于降解染料废水的新型的可见光光催化体系，并通过实验表征及实验条件的选择验证了其光催化效果的可行性，为新一代高效光催化反应器关键材料研究和应用打下良好的基础。