文档介绍：第六章感光性高分子
1 概述
感光性高分子是指在吸收了光能后,能在分子
内或分子间产生化学、物理变化的一类功能高分子
材料。而且这种变化发生后,材料将输出其特有的
功能。从广义上讲,按其输出功能,感光性高分子
包括光导电材料、光电转换材料、光能储存材料、
光记录材料、光致变色材料和光致抗蚀材料等。
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其中开发比较成熟并有实用价值的感光性高分
子材料主要是指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。
本章中主要光致抗蚀材料和光致诱蚀材料。感
电子束和感X射线高分子在本质上与感光高分子相
似,故略作介绍。光导电材料和光电转换材料归属
于导电高分子一类,本章不作介绍。
第六章感光性高分子
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所谓光致抗蚀,是指高分子材料经过光照后,
分子结构从线型可溶性转变为网状不可溶性,从而
产生了对溶剂的抗蚀能力。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。如目前广泛使用的预涂感光
版,就是将感光材料树脂预先涂敷在亲水性的基材
上制成的。晒印时,树脂若发生光交联反应,则溶
剂显像时未曝光的树脂被溶解,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
部分的树脂分解成可溶解性物质而溶解。
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作为感光性高分子材料,应具有一些基本的性
能,如对光的敏感性、成像性、显影性、膜的物理
化学性能等。但对不同的用途,要求并不相同。如
作为电子材料及印刷制版材料,对感光高分子的成
像特性要求特别严格;而对粘合剂、油墨和涂料来
说,感光固化速度和涂膜性能等则显得更为重要。
第六章感光性高分子
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光刻胶是微电子技术中细微图形加工的关键材
料之一。特别是近年来大规模和超大规模集成电路
的发展,更是大大促进了光刻胶的研究和应用。
印刷工业是光刻胶应用的另一重要领域。1954
年首先研究成功的聚乙烯醇肉桂酸酯就是首先用于
印刷技术,以后才用于电子工业的。与传统的制版
工业相比,用光刻胶制版,具有速度快、重量轻、
图案清晰等优点。尤其是与计算机配合后,更使印
刷工业向自动化、高速化方向发展。
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感光性粘合剂、油墨、涂料是近年来发展较快
的精细化工产品。与普通粘合剂、油墨和涂料等相
比,前者具有固化速度快、涂膜强度高、不易剥
落、印迹清晰等特点,适合于大规模快速生产。尤
其对用其他方法难以操作的场合,感光性粘合剂、
油墨和涂料更有其独特的优点。例如牙齿修补粘合
剂,用光固化方法操作,既安全又卫生,而且快速
便捷,深受患者与医务工作者欢迎。
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感光性高分子作为功能高分子材料的一个重要
分支,自从1954年由美国柯达公司的Minsk等人开
发的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的进展,
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,发展之势
方兴未艾。本章将较为详细地介绍光化学反应的基
础知识与感光性高分子的研究成果。
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2 光化学反应的基础知识
光的性质和光的能量
物理学的知识告诉我们,光是一种电磁波。在
一定波长和频率范围内,它能引起人们的视觉,这
部分光称为可见光。广义的光还包括不能为人的肉
眼所看见的微波、红外线、紫外线、X 射线和γ射
线等。
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现代光学理论认为,光具有波粒二相性。光的
微粒性是指光有量子化的能量,这种能量是不连续
的。光的最小能量微粒称为光量子,或称光子。光
的波动性是指光线有干涉、绕射、衍射和偏振等现
象,具有波长和频率。光的波长λ和频率ν之间有
如下的关系:
c为光在真空中的传播速度(×108m/s)。
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在光化学反应中,光是以光量子为单位被吸收
的。一个光量子的能量由下式表示:
其中,h为普朗克常数(×10-34 J·s)。
在光化学中有用的量是每摩尔分子所吸收的能
量。假设每个分子只吸收一个光量子,则每摩尔分
子吸收的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)。
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