Meta研究:氯溴碘卤族元素有望成为高折射率光学方案材料

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具有5.97至13.90高原子折射率的卤族元素(如氯、溴和碘)能够成为开发高折射率聚合物的有用成分

映维网 2021年11月16日)高折射率聚合物(HRIP)是一类非常重要的材料,它们在光电子器件中拥有潜在的应用,如显示器的抗反射元件、发光二极管的封装材料、光学传感器和光刻技术。典型的商用聚合物具有1.3–1.7范围内的折射率,要在保持高光学透明度的同时获得折射率大于1.8的聚合物是一个重要的挑战。

罗切斯特大学和Meta组成的团队认为,由于具备机械灵活性,轻便,可处理性,可染性,低成本和抗冲击性,聚合物要优于无机物,而具有5.97至13.90高原子折射率的卤族元素(如氯、溴和碘)能够成为开发高折射率聚合物的有用成分。

在研究中,所述团队探索了一系列的卤族元素配方,以挖掘最为合适的高折射率聚合物方案。

通过化学气相沉积,研究人员制备了一系列具有高折射率(n=1.7–2.0),并且在可见光和红外光学范围内可以实现优异透明性的卤化聚合物薄膜。

化学气相沉积技术是一种用途广泛且精密的技术,已用于制备多种用途的聚合物涂层和薄膜。在研究中,团队使用化学气相沉积制备了厚度为200nm的聚合物(P4VP)薄膜,然后用卤族蒸汽处理以形成具有高折射率的卤族聚合物薄膜。

在另一方面,电荷转移络合物将P4VP薄膜的折射率从1.58增加到2.0或更高,并能保持沉积态聚合物薄膜的保形和光滑性。具体而言,P4VP-I2络合物的折射率为2.0,在600nm波长以上透明。

在另一种配方中,P4VP与ICl复合后的折射率高达1.77,同时在整个可见光和红外范围内依然能够保持出色的光学透明度。通过与其他对卤族化合物呈惰性的单体共聚,以控制聚合物膜中四氯化碳的浓度,团队能够进一步微调卤化聚合物膜的折射率。

团队在实验中制备了一系列与1H,1H,6H,6H-perfluoro-1,6-hexyl diacrylate (PFHDA)共聚的P4VP薄膜,其折射率在1.50到1.98之间。

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接下来,团队通过傅里叶变换红外光谱和紫外可见光谱证实了卤族聚合物薄膜中电荷转移复合物(CTC)的形成,并用椭偏仪和镜面反射仪对所述卤化聚合物涂层的光学性能进行了表征。

不仅是这样,团队同时研究了所述高折射率聚合物薄膜的耐热性和环境稳定性。结果显示,在30°C下并经过96小时后,P4VP-I2薄膜的折射率下降了16%。而P4VP-ICl薄膜的折射率则只是下降了0.56%。

20°C,24小时后的折射率变化

研究人员相信,这种卤族聚合物薄膜有望在传感器和光电子器件中实现广泛的应用。所以,团队将继续探索一系列的卤族元素配方,不断优化迭代,从而挖掘最为合适的高折射率聚合物方案。

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