[发明专利]一种有机聚合物光波导材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种有机聚合物光波导材料及其制备方法，该光波导材料是以二胺单体和二酐单体为原料共聚得到含氟聚酰亚胺；其制备方法为：(1)将FFDA、6FDA溶解后，加入间甲酚催化剂，接着向反应体系通入氮气并加热到120℃，搅拌反应3h；之后将反应体系升温到195℃，反应时间为13h；(2)待反应体系自然冷却到100℃将反应溶液缓慢倒入甲醇溶液中沉淀，得到乳白色条状聚合物即为产物。本发明解决了现有有机聚合物波导材料玻璃化温度比较低、热稳定性较差的问题，具有热稳定性好、光透过性好和红外波段损耗低的优点，是光波导器件制备的理想材料。

技术领域

本发明涉及一种含氟聚酰亚胺光波导材料及其制备方法，属于集成光学器件中聚合物材料的制备范畴。

背景技术：

随着全球信息化的高速发展，人们对通信信息量的需求大幅度增加，然而光信号在通讯系统中的传输过程不可避免的会产生一定程度的损耗和色散，因此光波导器件应运而生。目前实际应用于光波导器件的光波导材料主要有无机材料和有机聚合物材料，由于无机波导材料的成本高、加工工艺复杂等因素限制了其应用。然而，有机聚合物波导材料由于造价相对低廉、介电常数低、传输损耗小、易于集成、热光系数大和可垂直集成等优点被广泛的研究。传统的有机聚合物波导材料为聚甲基苯烯酸甲酯(PMMA)，俗称有机玻璃，其易于旋涂，透光性较好等优点使其在光波导器件中有广泛应用，但由于其玻璃化温度比较低，热稳定性较差和由于分子内部C-H键的振动导致其在红外波段的吸收损耗大等因素限制其在光波导器件中的应用。近年来，人们致力于合成聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、环氧树脂、含氟聚酰亚胺等性能优良的波导材料，其中含氟聚酰亚胺受到了人们广泛关注，其不仅具有良好的热稳定性和溶解性，而且由于在其分子内部引入大量的氟(F)原子而取代原有的C-H键，使聚合物分子有效地减少减小C-H振动导致的其在红外波段的光损耗，经过氟化之后的聚酰亚胺大大的减小了其在红外波段的光损耗，并且增加了其透明性。由此可见，含氟聚酰亚胺是一种理想的有机聚合物光波导材料。

发明内容

本发明的目的在于克服背景技术中存在的现有有机聚合物波导材料玻璃化温度比较低、热稳定性较差而限制了其在光波导器件中的应用的问题，而提供一种高透明性与高热稳定性有机聚合物光波导材料。该高透明性与高热稳定性有机聚合物光波导材料，具有热稳定性好、光透过性好和红外波段损耗低的优点，是光波导器件制备的理想材料。本发明还提供一种高透明性与高热稳定性有机聚合物光波导材料的制备方法。

本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：一种高透明性与高热稳定性有机聚合物光波导材料，该光波导材料是以二胺单体(FFDA)和二酐单体(6FDA)为原料共聚得到含氟聚酰亚胺，该光波导材料结构通式如下：

其中二胺单体和二酐单体的结构分别为：

其中二胺单体和二酐单体的摩尔比范围为：1:1

本发明还提供了一种高透明性与高热稳定性有机聚合物光波导材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将FFDA、6FDA粉末溶解于催化剂溶液间甲酚中并摇匀，接着向反应体系通入氮气并加热到120℃，搅拌反应3h；反应开始时反应溶液为黄褐色，随反应时间的增加溶液逐渐变为深褐色；之后将反应体系升温到195℃，反应时间为13h；

(2)待反应体系自然冷却到100℃将反应溶液缓慢倒入甲醇溶液中沉淀，得到乳白色条状聚合物即为产物；反应所得产物用60℃热乙醇溶液反复抽滤清洗直至深褐色完全褪去，将乳白色条状产物置于烧杯中并在150℃真空环境下干燥2h，产率约为93％；

(3)形成氟聚酰亚胺光波导材料的过程：真空干燥2h之后所得到的乳白色条状聚合物即为氟聚酰亚胺光波导材料，在光波导器件制备之前将其溶解于大分子溶剂二甲基甲酰胺(DMF)中，浓度为15wt％，可直接用于光波导器件制作。