[发明专利]含三氰基二氢呋喃结构单元的非线性光学聚合物材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能高分子材料与光通信技术领域，具体涉及一种适用于制作集成光学器件的含三氰基二氢呋喃结构单元的非线性光学聚合物材料及其制备方法。

背景技术

随着信息技术的飞速发展，利用光作为信息传输、存储、处理工具的集成光学器件将得到广泛的应用，这些应用的共同要求是制作器件的材料必须具有大的光学非线性。与目前使用的无机材料相比，有机非线性光学(NLO)材料具有非线性光学系数大、光损伤阈值高、响应速度快、易于分子设计和与半导体工艺相兼容等优点，可广泛应用于光调制器、光偏振器、光分束器等集成光学器件中。但是由于在器件的制作过程中需要对材料进行高温电晕极化，因此会造成它们在稳定性方面，特别是热稳定性、光稳定性方面还存在一定的缺陷。因此，寻找非线性系数高，热、光稳定性好的新型有机非线性光学材料是近年来研究的热点，受到科研工作者的普遍关注。

三氰基二氢呋喃衍生物由于其特殊的电子受体结构，作为二阶非线性光学生色团具有很高的微观非线性系数与带宽等特性，已成为有机非线性光学材料中极具应用前景的一类小分子化合物。但由于掺杂型非线性光学材料的耐热性和极化驰豫所限，目前其宏观非线性系数并不大，一般d₃₃值为十几个pm/v，并且在极化取向后，材料的松动驰豫现象较为明显，导致器件的寿命及性能的大幅度下降。为此，如何提高这类材料的宏观非线性系数、提高其热与光的稳定性对实现该类材料的广泛应用具有非常大的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种含三氰基二氢呋喃结构单元的非线性光学聚合物材料及其制备方法，该材料宏观非线性光学系数大，热、光稳定性高，大大提高了器件寿命。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种含三氰基二氢呋喃结构单元的非线性光学聚合物材料，其特征在于，其分子结构如(I)所示：

其中聚合度n＝20-400，R₁和R₂为烷基取代基，其化学表达式可以是：-CH₃、-CH₂CH₃、-CH₂CH₂CH₃、

上述含三氰基二氢呋喃结构单元的非线性光学聚合物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①、将适量的三氰基二氢呋喃单体溶于有机溶剂，其浓度为300-500mmol/L，将等摩尔量的1，4-双卤甲基苯与适量的催化剂溶于有机溶剂中，其浓度为300-500mmol/L，采用滴加的办法缓慢加入至含三氰基二氢呋喃单体的有机溶剂溶液中，通氮气保护，在温度70℃-80℃下反应6-8小时；

②、将步骤①所得的溶液中冷却至室温，加入质量分数8-15％的盐酸溶液，搅拌，分出水相，有机相用无水CaCO₃干燥，然后倒入大量丙酮析出聚合物；

③、将步骤②所得的聚合物过滤，再用甲苯溶解，并再倒入大量丙酮，析出聚合物，重复操作2次，最后真空干燥，即得含三氰基二氢呋喃结构单元的非线性光学聚合物材料。

按照本发明所提供的含三氰基二氢呋喃结构单元的非线性光学聚合物材料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为氯苯、溴苯、邻二氯苯和N-甲基吡咯烷酮中的一种。

按照本发明所提供的含三氰基二氢呋喃结构单元的非线性光学聚合物材料的制备方法，其特征在于，所述1，4-双卤甲基苯包括1，4-双氯甲基苯和1，4-双溴甲基苯。

按照本发明所提供的含三氰基二氢呋喃结构单元的非线性光学聚合物材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂包括SnCl₄和TiCl₄。

一种制备含三氰基二氢呋喃结构单元的非线性光学聚合物薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将上述所得的含三氰基二氢呋喃结构单元的非线性光学聚合物溶于氯苯中，配成质量分数为15％的溶液，用0.4μm的针头过滤器进行过滤，除去不溶物后，在ITO玻璃基片通过甩胶的方式得到非线性光学聚合物薄膜材料。