[发明专利]一种细菌纤维素基光学薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种细菌纤维素基光学薄膜及其制备方法，特别是涉及一种具有高热光稳定性的透明高折射率细菌纤维素基光学薄膜及其制备方法。

背景技术

在现代材料应用中，光学材料广泛应用于电子、信息等诸多领域。在光学材料中，高折射率材料具有重要的实用价值。高折射率光学材料可以降低元件的厚度和曲率，可以在不影响其折射能力的条件下减轻材料重量，从而使光学仪器轻量化和小型化。因此，高折射率光材料广泛地应用于光学透镜、光学黏合剂、光过滤器、LED封装材料、光波导、非线性光学材料、高反射或抗反射涂层、光电器件构筑等诸多领域。

传统的高折射率光学材料包括有机材料和无机材料两大类。高折射率有机材料通常是指高折射率的光学树脂如聚氨酯型、环氧型、环硫型树脂。大多数有机树脂的折射率可调范围较低一般（nd）介于1.3～1.7之间，而折射率高于1.7的有机聚合物通常存在较高的光散射和较大的双折射，而且在可见光范围内具有很强的吸收。此外，对于有机聚合物来说，随着温度升高材料发生热膨胀，导致材料随着温度的变化折射率发生很大的变化，dn/dT一般是负值，限制了其在光学领域的实际应用。高折射率无机材料较高折射率有机材料具有高折射率，如Si，GaP，Ge，InP和Pbs有很高的折射率(>4.0，500nm)，并且具有优异的热光稳定性，如ZnS的dn/dT为49ppm/K，但是加工成型比较困难。因此制备出兼具有机、无机光学材料的优点，改善其不足的新型高折射率光学材料则成为了光学材料技术领域的重要课题之一。

纳米复合技术为高折射率光学材料的研究提供了一个新的发展方向。纳米复合技术是通过将纳米级的无机填料与有机高分子基体材料进行复合而制备出的一种新型材料。无机纳米粒子填料不仅具有高折射率和热光稳定性，而且其独特的物理化学性质、尺寸效应、大比表面积以及强界面相互作用可以使聚合物的韧性、刚性和强度得以明显改善，而且由于尺寸小，不影响聚合物基体的透光性。利用纳米复合技术，人们可以制备出既具有有机光学材料的质轻、抗冲击、易加工等优点，还具备无机光学材料的高折射率、高硬度、高强度、耐热等优点的新型的高折射率有机无机纳米复合光学材料。

高折射率纳米复合材料的制备方法主要有两种第一种是溶胶凝胶法，另一种是直接共混法。溶胶凝胶法是基于金属氧化物前驱体的水解缩聚反应。制备流程有种：第一种是将无机前驱体与聚合物均匀混合，经无机前驱体水解缩聚反应后除去溶剂，制备得到有机无机杂化材料。第二种是将金属氧化物前驱体与有机高分子单体均匀混合，再将单体聚合，无定型区在聚合物中形成，制备得到杂化材料。直接共混法是指预先制备纳米粒子，经表面修饰或钝化后再与有机物组分混合。制备流程有两种：第一种是聚合物共混法，将纳米粒子分散到聚合物或低聚物中（齐聚物）中，经旋涂等方法得到透明薄膜。第二种单体共混法，将无机纳米粒子与单体共混，在通过聚合制备透明纳米复合材料。就目前有机无机纳米复合技术而言，在制备高折射率复合材料还存在很多问题。首先，对于溶胶凝胶法来说，但是反应过程中会释放小分子（H₂O，E_tOH）体积收缩较大影响材料力学性能，生成的无机区是无定型区折射率较晶态结构低，不太利于提高复合材料的折射率。对于直接共混法来说，此法可以保证纳米粒子粒径和尺寸分布可控，但是在分散过程中纳米粒子易团聚，而且经由机分子修饰的纳米粒子折射率大大降低。其次，高折射率纳米复合材料的基体材料通常都是经有机合成的高折射率光学树脂，单体合成和聚合过程复杂，而且这些有机基体随着温度升高材料发生热膨胀，导致材料随着温度的变化折射率发生降低，大大限制其应用。并且目前不可再生资源日益短缺，合成高分子功能材料正面临着原料枯竭的情况，如何利用可再生资源的固有优势和特点，并采用心得理论和技术，赋予可再生资源更新的功能及更优的性能，合成出新的复合材料成为当今研究热点。

发明内容