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双光子光聚合反应复习过程.ppt

1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,双光子光聚合反应,房德仁,导师 刘中民 研究员,1 概述,1931年Goppert-Mayer提出双光子吸收理(,Ann.Physik,1931,9:273295,);,20世纪60年代由实验观测所证实(,Phys.Rev.Lett,1961,39:13471348,),但由于缺少大的双光子吸收截面材料(均小于10,-48,cm,4,s/photon,),限制了其应用研究。,20世纪90年代后,大双光子吸收截面有机分子被逐渐发现(10,-46,cm,4,s/photon,)。如双光子上转换激光、双光子光限

2、幅、双光子三维光存储、双光子光动力学疗法、双光子光聚合等,光聚合机理,普通的光敏聚合机理为只要染料或者引发剂或光敏剂捕获一个光子,就会产生自由基或阳离子等活性基团,引发单体聚合;或光敏剂本身不能直接形成自由基,而是将光吸收后把能量传递给单体或引发剂引发聚合,双光子聚合机理与单光子基本相同,惟有光子的吸收机理不同。,光聚合机理示意图,双光子吸收,双光子吸收过程一般是两个光子同时被一个分子吸收,或者在极短的时间内两个光子被一个分子相继吸收,一般两个光子吸收的时间差小于0.1飞秒(1飞秒=10,-15,秒)。一般认为吸收是经过一个假想态(virtual state),然后到达一个分子的激发态。,双光

3、子吸收示意图,双光子吸收示意图,双光子吸收与单光子吸收,单光子吸收的强度与入射光强成正比(线形吸收),双光子吸收的强度与入射光强的平方成正比(非线形吸收);,单光子吸收的辐照光源一般在紫外区(400nm),双光子在可见-近红外区(800nm),长波长使得入射光的损耗较小,在介质中的穿透性好;,单光子吸收的吸收截面为,10,-17,10,-18,cm,4,s/photon,,对光密度要求小,即使弱光也可发生吸收,在光线经过的地方都会发生聚合,是整体或面上的聚合;双光子吸收截面一般为10,-50,10-,46,cm,4,s/photon,,一般在两束光聚焦的焦点处才能同时吸收两个光子,引发聚合反应

4、聚合反应只发生在入射光波长立方(,3,)范围的微小体积内。,双光子吸收截面:,TP,=4,3,a,o,5,2,TP,15c ,f,即双光子可进行立体微加工。,双光子吸收的光源,双光子吸收一般采用较大功率的红宝石或蓝宝石脉冲激光器,波长800nm1000nm左右,要求激光器的功率大于一个最低值,一般在30J100J。利用双光路聚焦的方法。,双光子光聚合光敏引发剂,一般要求:具有共轭大键,吸电子基团,给电子基团,如D-D,D-A-D,A-A,A-D-A,A-D结构等,共轭大键越长,吸收截面越大;分子的偶极矩及极化率都对分子的吸收截面有重大影响。,双光子海量信息存储,在光学存储技术中信息存储密度依

5、赖于波长倒数的幂,该幂的次数等于存储信息的空间维数。利用该技术,可以存储的容量理论上可以达到1.210,14,bits/cm,3,远远超出现有的二维光存储材料的容量(理论值为在200nm波长下,2.510,9,bits/cm,2,)(,Science,1989,245:843845;Applied Physics Letters,1999,74:13381340,),光子晶体的加工,光子晶体是用于控制光的一种器件,工作原理与半导体类似。由于光子速度比电子快的多,如果能象控制电子一样控制光子,就有可能制造出比电子计算机速度更快、功能更强大的光子计算机。光子在传播中几乎不消耗能量。由于双光子聚合可

6、以提供规律性很好的周期性结构,成为光子晶体制造的有效方法(,Nature,1999,398:5154,),三维操控和微加工,一个立体的复杂整体结构,材料在不同的部位的尺寸和形状都不同时,利用现有的精密机械尚无有效的方法实现。如非球面透镜的加工,特别是微型非球面透镜是目前的技术难题之一,双光子聚合可以用来解决该问题。Kawata将计算机辅助设计和双光子聚合技术相结合,成功的制造出了红细胞大小的立体公牛(长10m,高7m),(Nature,2001,412:697698),。另外还制作出了一个微小的弹簧,弹簧的直径为300nm,用激光作动力拉动弹簧,测出了弹簧的弹性常数为8.2nNm,-1,.,Nature,2001,412:697698,展望,国际上美国和日本的研究处于前沿水平;国内北京大学、清华大学、中科院理化所及山东大学在进行这方面的研究,处于起步阶段。目前的研究重点:,寻找和合成更大吸收截面的双光子吸收剂;,继续研究双光子吸收剂在光聚合等方面的应用;,开展大量的理论计算研究;,谢 谢!,

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