离子注入改性聚合物光电性能的研究进展

    0　引言

　　离子注入是将气体或金属蒸汽通入电离室电离后形成带电荷的离子,将离子从电离室引出进入高压电场中加速,使其得到很高速度后打入到固体中的物理过程。早在20世纪30年代,人们就已经把离子注入作为辐照的一种手段,用来模拟核反应堆材料中的辐射损伤。50年代开始,人们应用离子束作为掺杂手段来改变固体表面层的性质。60年代

　　初,研制成功了磷离于注入硅的大面积浅结二极管,第一次获得离子注入的核粒子探测器,奠定了离子注入在半导体、金属、磁性材料、绝缘体和超导材料中应用的基础[1]。离子注入改性聚合物是采用物理方法(借助电场力)达到化学改性目的的有效手段,原则上它可以将任何元素引入到聚合物中,通过控制电场强度,可以精确地控制注入离子的深度和浓度的分布,因而可以迅速改变材料的组分与结构,导致材料化学与物理性能的改变,并且注入掺杂均匀性好,重复性能高。此外,离子注入一般在常温(或低温)下及真空中进行,整个过程是洁净的,没有环境污染,有利于大规模生产[2]。本文首先介绍了离子注入改性聚合物的基本原理,然后详细地综述了离子注入对聚合物的电导率、

　　光学吸收特性、光学禁带宽度和非线性光学性能的影响,并且对离子注入改性聚合物的应用领域进行了展望。

　　1　离子注入改性聚合物的基本原理

　　在离子注入过程中,注入离子与聚合物中原子和电子不断相互作用,逐渐把离子的能量传递给原子和电子。注入离子与聚合物的相互作用过程可以分为初级碰撞和次级碰撞两个阶段。初级碰撞是指载能离子与聚合物中原子相互作用,次级碰撞则是指由初级碰撞引起的反冲原子再与聚合物中原子发生碰撞。如果注入离子传递给聚合物中原子的能量比较小时,被撞击的原子无法挣脱周围原子的束缚,只能在原子平衡位置发生振动,引起聚合物结晶性能的改变,这就是注入离子与聚合物相互作用的基本物理过程。如果入射离子传递给聚合物中原子的能量比较大,此原子就克服周围原子对它的束缚发生离位,并以一定能量在材料中飞行,直至发生次级碰撞,停留在新的位置,此过程就有可能引起聚合物分子的降解、交联,释放出小分子(如下式),这就是注入离子与聚合物相互作用的基本化学过程[3]:

在此产生的氢游离基会吸收另一个分子链中的氢,形成H2放出:

或者从临近的亚甲基上夺取一个氢形成不饱和双键和氢气：

　　2　离子注入对聚合物光电性能的影响

　　2.1　离子注入对聚合物电导率的影响聚合物一般都具有较高的电阻率(大于1014Ω·cm),是一种良好的绝缘材料。近些年的研究成果表明,聚合物经过一定能量和剂量的离子注入改性以后,电导率显著提高。表1列出了部分聚合物