大学材料科学与工程经典光敏高分子材料市公开课金奖市赛课一等奖课件.pptx

第七章光敏高分子材料;/10/10;光交联：光敏涂料、光敏油墨、负性光刻胶

光照下发生结构异构（顺式-反式）：光致变色

材料

………………;其中开发比较成熟并有实用价值感光性高分

子材料主要有光致抗蚀材料和光致诱蚀材料，产

品包括光刻胶、光固化粘合剂、感光油墨、感光涂

料等。

本章中主要简介

光致抗蚀材料、光致诱蚀材料

光敏涂料;光致抗蚀，是指高分子材料通过光照后，分子结构从线型可溶性转变为网状不可溶性，从而产生了对溶剂抗蚀能力。而光致诱蚀正相反，当高分子材料受光照辐射后，感光部分发生光分解反应，从而变为可溶性。当前广泛使用预涂感光版，就是将感光材料树脂预先涂敷在亲水性基材上制成。晒印时，树脂若发生光交联反应，则溶剂显像时未曝光树脂被溶解，感光部分树脂保留了下来。反之，晒印时若发生光分解反应，则曝光部分树脂分解成可溶解性物质而溶解。;光刻胶是微电子技术中细微图形加工关键材

料之一。尤其是近年来大规模和超大规模集成电路

发展，更是大大增进了光刻胶研究和应用。

;感光性粘合剂、油墨、涂料是近年来发展较快

精细化工产品。与普通粘合剂、油墨和涂料等相

比，前者含有固化速度快、涂膜强度高、不易剥

落、印迹清楚等特点，适合于大规模快速生产。尤

其对用其它办法难以操作场合，感光性粘合剂、

油墨和涂料更有其独特长处。比如牙齿修补粘合

剂，用光固化办法操作，既安全又卫生，并且快速

便捷，深受患者与医务工作者欢迎。;感光性高分子作为功效高分子材料一个主要分支，自从1954年由美国柯达公司Minsk等人开发聚乙烯醇肉桂酸酯成功应用于印刷制版以后，在理论研究和推广应用方面都取得了很大进展，应用领域已从电子、印刷、精细化工等领域扩大到塑料、纤维、医疗、生化和农业等方面。;一、光化学反应基础知识

1.光性质和光能量

物理学知识告诉我们，光是一个电磁波。在

一定波长和频率范围内，它能引起人们视觉，这

部分光称为可见光。广义光还包括不能为人肉

眼所看见微波、红外线、紫外线、X射线和γ射

??等。;在光化学反应中，光是以光量子为单位被吸取

。一个光量子能量由下式表示：

其中，h为普朗克常数（6.62×10-34J·s）。

在光化学中有用量是每摩尔分子所吸取能

量。假设每个分子只吸取一个光量子，则每摩尔分

子吸取能量称为一个爱因斯坦（Einstein），实

用单位为千焦尔（kJ）或电子伏特（eV）。;其中，N为阿伏加德罗常数（6.023×1023）。

用公式(7-2)可计算出各种不同波长光能

量(表7-1)。作为比较，表7-2中给出了各种化学

键键能。由表中数据可见，λ=200～800nm紫

外光和可见光能量足以使大部分化学键断裂。;/10/10;/10/10;2光吸取

发生光化学反应必定涉及到光吸取。光吸

收普通用透光率来表示，记作T，定义为入射到体

系光强I0与透射出体系光强I之比：

假如吸取光体系厚度为l，浓度为c，则有：;其中，ε称为摩尔消光系数。它是吸取光物

质特性常数，也是光学主要特性值，仅与化合

物性质和光波长相关。

一个概念：

发色团：在分子结构中能够吸取紫外和可见光基团

;3光化学定律

光化学第一定律（Gtotthus-Draper定律）：

只有被吸取光才干有效地引起化学反应。;光化学第二定律：（Stark—Einstein定律）

一个分子只有在吸取了一个光量子之后，才干

发生光化学反应。（吸取一个光量子能量，只可

活化一个分子，使之成为激发态）;4分子光活化过程

从光化学定律可知，光化学反应本质是分子

吸取光能后活化。当分子吸取光能后，只要有足

够能量，分子就能被活化。

分子活化有两种路径，一是分子中电子受

光照后能级发生改变而活化，二是分子被另一光活

化分子传递来能量而活化，即分子间能量传

递。下面我们讨论这两种光活化过程。;5分子电子结构

按量子化学理论解释，分子轨道是由构成份子

原子价壳层原子轨道线性组合而成。换言之，

当两个原子结合形成一个分子时，参与成键两个

电子并不是定域在自己原子轨道上，而是跨越在

两个原子周围整个轨道(分子轨道)上。;轨道能量和形状示意图;下面仅举甲醛分子例子来阐明各种化