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聚酰亚胺(Polyimide,PI)具有优异的物理和化学性能如:耐高温性、化学稳定性、突出的物理强度等特点,在工程材料领域中得到广泛的应用。偶氮苯(Azobenzene,AZB)分子独特的光响应性,使其在光电子学、光储存、光开关等领域具有巨大的应用潜力。石墨烯(Graphene)和氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)被发现至今,它优异的热学、力学、电学性质以及大的比表面积,在理论研究和实际应用方面已经充分展现出无穷魅力,将它作为光电功能材料,可制成体积小、耗能低的光电器件。本文将结合GO的特性、AZB材料的光响应性和PI的性能,发展一类新型氧化石墨烯/偶氮聚酰亚胺热光功能波导材料,根据不同结构的二酐和偶氮生色分子,研究了5种氧化石墨烯/偶氮聚酰亚胺材料:联苯型氧化石墨烯/聚酰亚胺(AFGO/ACPI)、均苯型氧化石墨烯/聚酰亚胺(AFGO/API)、杂环型氧化石墨烯/聚酰亚胺(AFGO/SAZOPI)、双偶氮型氧化石墨烯/聚酰亚胺(AFGO/BISAZOPI)和含有两种偶氮苯基团的氧化石墨烯/聚酰亚胺材料(AFGO/PI)。通过紫外-可见光谱(UV-Vis)、红外光谱(FT-IR)、近红外(NIR)、热重(TG)分析和扫描电镜(SEM)等手段,对其进行结构、热稳定性和表面形貌等分析。利用衰减全反射装置(ATR),测定了5种聚合物在不同温度和不同激发波长处的折射率,研究其热光系数(dn/dT),将制备的5种氧化石墨烯/聚酰亚胺分别作为Y型与MZI型热光开关的波导材料,模拟两种热光开关的功耗与响应时间。具体内容为:(1)采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),然后采用乙二胺修饰剂,对GO进一步功能化,制备氨基功能化的氧化石墨烯(AFGO)。以间苯二胺和对硝基苯胺为原料,通过重氮-偶合反应,制备二元胺偶氮苯生色团分子(NDPD)单体。以NDPD和过量的联苯四甲酸二酐为单体,合成酐基封端的偶氮聚酰亚胺预聚体;然后再和AFGO通过溶液聚合法,制备联苯型氧化石墨烯聚酰亚胺(AFGO/ACPI)。ATR技术测得该材料在不同光激发波长处的热光系数分别是-9.16×10-4(532nm)、-7.56×10-4(650nm)和-4.82×10-4(850nm)oC-1。根据电荷耦合器件(ccd)数字成像设备技术,其光学传输损耗为0.3db/cm。将afgo/acpiy复合材料作为分支开关和mzi型热光开关的波导材料,对两种开关的主要参数进行了模拟与分析,结果分别为:y型的热光开关的加热功耗是0.93mw,响应时间是1.8ms;相比于y型热光开关,mzi型的热光开关的功耗为2.31mw,响应时间仅为0.4ms。(2)以ndpd和过量的均苯四甲酸酐为单体,合成酐基封端的偶氮聚酰亚胺预聚体;然后再和afgo通过溶液聚合法,制备均苯型氧化石墨烯聚酰亚胺(afgo/api)。该材料在不同光激发波长处的热光系数分别是-7.22×10-4(532nm)、-6.20×10-4(650nm)和-5.84×10-4(850nm)oc-1,波导的传输损耗为0.167db/cm。将afgo/api复合材料作为波导材料,y型热光开关和mzi型热光开关模拟分析结果分别为:y型热光开关的加热功率是0.63mw,响应时间是1.8ms;mzi型热光开关的加热功耗是1.45ms,mzi型热光开关的响应时间是0.5ms。(3)以2-氨基苯并噻唑和间苯二胺为原料,通过重氮-偶合反应,制备二元胺杂环偶氮苯分子(sazo)单体。以sazo和过量的六氟四甲酸二酐(6fda)为单体,合成酐基封端的偶氮聚酰亚胺预聚体;然后再和afgo通过溶液聚合法,制备杂环型氧化石墨烯聚酰亚胺(afgo/sazopi)。该材料的热光系数分别是-9.3×10-4(532nm)、-8.9×10-4(650nm)和-6.6×10-4(850nm)oc-1,波导的传输损耗为0.167db/cm。以afgo/sazopi为波导材料,y型分支热光开关和mzi型热光开关模拟结果分别为:y型的加热功率是3.6mw,响应时间是1.8ms;mzi型的加热功率是9.0mw,响应时间仅为0.3ms。(4)以间苯二胺、苯胺和对硝基苯胺为反应原料,通过两次重氮-偶合化学反应,制备了二元胺双偶氮苯分子(bisazo)单体。以bisazo和过量的六氟四甲酸二酐(6fda)为单体,合成酐基封端的偶氮聚酰亚胺预聚体;然后再和afgo通过溶液聚合法,制备双偶氮型氧化石墨烯聚酰亚胺(afgo/bisazopi)。该材料的热光系数分别是-9.8×10-4(532nm)、-9.0×10-4(650nm)和-8.8×10-4(850nm)oc-1,波导传输损耗是0.16db/cm。将afgo/bisazopi复合材料作为两种热光开关的波导材料,模拟结果分别为:y型热光开关的加热功率是0.8mw,响应时间是1.6ms;mzi型热光开关功耗为2.0mw,响应时间为0.3ms。(5)以2-氨基苯并噻唑、苯胺和间苯二胺为原料,制备了杂环型双偶氮分子(AZO1);再以间苯二胺、苯胺和对硝基苯胺为原料,制备了双偶氮苯分子(AZO2)。以AZO1、AZO2和过量的六氟四甲酸二酐(6FDA)为单体,合成酐基封端的偶氮聚酰亚胺预聚体;然后再和AFGO通过溶液聚合法,制备氧化石墨烯偶氮苯聚酰亚胺(AFGO/PI)。该材料的热光系数分别是-10.8×10-4(532nm)、-9.5×10-4(650nm)和-8.1×10-4(850nm)oC-1,波导传输损耗为0.29dB/cm。以AFGO/PI复合材料为波导材料,Y型和MZI型热光开关的加热功率和响应时间分别是0.84mW、1.8ms和2.15mW、0.3ms。结果表明,MZI型热光开关的响应时间更快,但是Y型热光开关的加热功率比较小。