深圳大学田雷/朱才镇/徐坚团队 Macromolecules：高折射率和高阿贝数功能高分子材料

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高折射率聚合物 (HRIPs) 因其重量轻、低成本、易于加工和优异的可调性而被认为是传统硅无机材料的潜在替代品。特别是同时具有高折射率和低色散的聚合物材料，其在光学材料领域如镜片、透镜、图像传感器封装具有巨大应用潜力。对于光学用聚合物材料，洛伦茨方程给出了聚合物的折射率与其分子结构中各个参数的关系，而阿贝数也是评判材料色散程度的关键参数（阿贝数越高意味着材料色散程度越低）。然而，传统光学聚合物的折射率和阿贝数具有普遍的权衡趋势：高折射率材料通常导致较低的阿贝数。因此，有必要设计新的聚合物结构以同时满足高折射率和高阿贝数的要求。

近期，深圳大学低维材料基因工程研究组徐坚教授团队报道了一系列基于降冰片二烯的新型光学用单体，并进一步制备成热固性HRIPs来评估其光学性能。单体是利用叶立德试剂，降冰片二烯和醛类通过Wittig反应一锅法制备而成的。单体的制备过程操作简单，产率高和耗能少，为商业化大规模制备奠定了基础。所制备的光学用单体既保留了降冰片二烯的环状结构又引入了含硫脂环，同时可以通过调整醛的结构来精细调控折射率和阿贝数。此外，将合成的单体与常规多硫醇通过硫醇-烯点击反应制备成HRIPs。该HRIPs表现出令人惊叹的光学性能远超已报道的材料，在保持1.60以上的折射率的同时阿贝数大于60。所制备的新型HRIPs为光学材料的进一步发展提供了新思路，有望在将来实现高折射率和高阿贝数的完美平衡。该工作以“High Refractive Index and High Abbe Number Polymer Based on Norbornadiene”为题发表在《Macromolecules》上。文章第一作者是深圳大学博士吴刘一顺博士，通讯作者为深圳大学化学与环境工程学院朱才镇教授和田雷研究员。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

图1 单体分子结构设计及聚合物的制备

所制备的高折射率聚合物具有良好的热稳定性（T_g ＞107°C 和 T_d5% ＞200°C）和机械性能（拉伸强度 ＞ 57 MPa）、优异的可见光透过率（＞ 85%）、可调的高折射率（n = 1.6055- 1.6274）和极高的阿贝数（v＞ 59）。基于降冰片二烯的刚性环结构与含硫杂环相结合的DMMD和DEMD单体，可以通过使用不同结构的多硫醇来精细控制HRIPs的热性能和机械性能，并且还可以通过改变分子网络的交联密度和软链段来轻松调节T_g。最终可以根据不同的使用场景得到综合性能最好的HRIPs材料。

图2制备的HRIPs的热性能和机械性能

 图3制备的HRIPs的光学性能及DFT模拟计算

研究表明，由新型光学单体制备的热固性树脂具有优异的综合性能，在光学尤其是透镜领域具有广阔的应用前景。高度平衡的热性能和光学性能是其他聚合物从未实现过的，这表明该聚合物是光学应用（例如透镜材料）的最佳候选者之一。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acs.macromol.3c01793

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