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美科学家发现新型硫基聚合物 长波红外传输优于任何现有塑料光学器件
加入时间:2019-02-23    来源: 微迷网

  据麦姆斯咨询报道,只要科学家们弄清楚这种新型材料的可靠的制造方法,他们就能利用这种能够传输长波红外光的硫基聚合物,制造出新型轻质塑料光学器件。该研究于2019年1月11日发表于ACSMacroLetters。

  美科学家发现新型硫基聚合物长波红外传输优于任何现有塑料光学器件

  在上面这张热成像图中,如左图,当被1,3-二异丙苯硫聚合物覆盖时,热烙铁上发出的红外光会被阻挡;如右图,当被对红外线透明的逆硫化四乙烯基锡硫醇聚合物覆盖时,热烙铁发出的红外光就不会被阻挡。图片来源:ACSMacroLetters

  聚合物一般可以透过7.4~14μm波长的光。与夜视镜类似的热成像器件,利用这些波长来探测热信号,使军人能够在黑暗中识别目标和车辆。在该波段工作的器件中的透镜和波导通常由含硫、硒或碲的硫系玻璃制成,或由其它红外(IR)透明材料(如锗或晶体硅等)制成。但这些光学元件都比塑料光学元件更重、更贵,并且制造能耗更高。

  领导这项研究的美国海军研究实验室(NRL)光学科学部门的化学家DarrylA.Boyd这样说道:“我在文献中没有找到相关的证据表明,存在哪种聚合物能以这样的厚度传输长波红外光。”大多数厚度超过1mm的聚合物在该波段下就不透明了,但该研究团队可使他们的材料在厚度超过1.5mm时仍保持透明。这种材料也显示出了很高的折射率;由高折射率材料制成的透镜具有高聚焦能力,这意味着较薄的透镜就可以获得与较厚低折射率透镜相同的焦距。在有机聚合物中,折射率超过1.7的材料很罕见,但是Boyd与他的团队使用波长636.4nm(红色)的光测得该材料折射率为1.98,用1548.4nm(近红外)的光测得该材料折射率为1.94。

  该研究团队利用一种叫做“逆硫化(inversevulcanization)”的全新工艺制备了这种材料。标准硫化过程包括利用硫交联来增强碳聚合物主链;而在逆硫化过程中,硫聚合物是主链,碳是交联剂。Boyd的研究团队将四乙烯基锡(tetravinyltin)搅拌进熔融硫,然后在125°C到130°C下固化三到四小时。Boyd说,这是有机金属化合物首次被用于逆硫化,因此,这也是个早期探索,试图了解金属是如何影响聚合物的光学、热或机械性能。

  这种材料一开始是具有韧性的胶状,但一天内就会变脆了,Boyd还不知道具体原因。Boyd表示,他计划继续研究这个问题,并尝试用相同的合成方法来与锡以外的金属化合物反应,以比较所得聚合物的特性。Boyd说,一致性是光学材料应用中亟待解决的重要问题。另一个制造工艺问题是,聚合物中含有一些残留的气泡,这些气泡在几天内会排出气体,但留下了会使成像失真的孔洞。

  亚利桑那大学(UniversityofArizona)化学家JeffreyPyun首创了逆硫化技术,他称这篇论文是“一个非常好的发现开端”,但他希望看到更多关于聚合物结构特征的研究,以验证这种材料能否符合预期。同时,JeffreyPyun认为,将聚合物用于长波红外光学是一项崭新且具有挑战性的应用,这篇论文指出了一个有前途的方向。

  利物浦大学(UniversityofLiverpool)的TomHasell认为,在理解和处理这些材料方面还需做更多的工作,但这项工作很有前途。“不可否认,研究结果非常棒,”TomHasell说,“但我认为,相比现在已经实现的实验结果,它展示了更多的可能性。”同时他还补充道,改善材料方面仍有很多工作要做,以便制造出无缺陷、抗损坏的透镜。

(责任编辑:马妍)
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