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杂化聚硅氧烷光波导材料的合成及性能研究
摘要
本文介绍了一种新型杂化聚硅氧烷光波导材料的合成及性能研究。该材料以有机硅单体为主要原料，通过水解缩合反应制备出具有较好光学性能的聚硅氧烷材料。同时，将其与具有不同光学性质的有机物进行掺杂，制备出了多种杂化聚硅氧烷光波导材料，并对其光学特性和机械性能进行了测试和分析，结果表明，该材料具有良好的光学性能和机械强度，可以满足制备高性能光电器件的需求。
关键词：杂化材料，聚硅氧烷，光波导，光学性能，机械性能
Abstract
Thispaperintroducesanewhybridpolysiloxaneopticalwaveguidematerialanditssynthesisandperformanceresearch.Thematerialismainlycomposedoforganicsiliconmonomersandispreparedbyhydrolysisandcondensationreaction,whichhasgoodopticalproperties.Meanwhile,itisdopedwithorganicsubstanceswithdifferentopticalproperties,andavarietyofhybridpolysiloxaneopticalwaveguidematerialsareprepared.Theopticalandmechanicalpropertiesofthesematerialsaretestedandanalyzed.Theresultsshowthatthematerialhasgoodopticalandmechanicalpropertiesandcanmeettherequirementsforpreparinghigh-performanceoptoelectronicdevices.
Keywords:hybridmaterial,polysiloxane,opticalwaveguide,opticalproperties,mechanicalproperties
1.引言
随着光电子技术的发展，光通讯和光存储等领域对高性能光波导材料的需求日益增加。传统的光波导材料主要采用无机材料，如硅和氮化硅等。这些材料具有优异的光电性能，但是较硬脆，难以制备成复杂形状的器件。同时，无机材料的生产成本较高，不利于大规模应用。因此，需要寻找一种既具有较好光学性能，又易于制备，能够满足高性能光电器件制备需求的材料。
聚硅氧烷是一种具有较好光学和机械性能的有机硅材料。在过去的几十年中，聚硅氧烷已经被广泛应用于光波导器件、光子晶体、光探测器等领域。近年来，杂化材料的研究成为研究的热点。与传统聚硅氧烷相比，杂化聚硅氧烷能够通过掺杂其他有机物来调节其光学性能，从而满足不同应用领域的需求。
本文将介绍一种新型杂化聚硅氧烷光波导材料的合成及性能研究。通过对有机硅单体进行水解缩合反应制备出聚硅氧烷材料，同时将其与其他有机物进行掺杂，制备出多种杂化聚硅氧烷光波导材料，并对其光学特性和机械性能进行测试和分析。
2.实验
2.1材料合成
本实验采用了两种有机硅单体：甲基三(2,4,6-三甲基苯氧基)硅烷（MTMOS）、苯基二乙烯基三甲基硅烷（Ph2Si（CH=CH2）3）。MTMOS和Ph2Si（CH=CH2）3的单体摩尔比为1:3。具体合成步骤如下：
（1）MTMOS和Ph2Si（CH=CH2）3混合。
（2）将混合物放入反应釜中，加入足量去离子水和少量氢氧化钠（NaOH）溶液，在70℃下搅拌反应。
（3）反应2小时后，加入稀盐酸，筛选得到白色固体。
完成MTMOS和Ph2Si（CH=CH2）3的复杂水解收缩反应后，得到了白色粉末状的材料。为了增加材料的光学性能，我们选择了两种有机物进行掺杂：苯基苯并三唑（PBI）和二羟基蒽醌（HQ），其化学结构如图1所示。
图1有机物的化学结构
掺杂物的添加量为2wt%。
2.2材料性能测试
通过垂直热解多层（VHPTL）薄膜制备出厚度约为2μm的聚硅氧烷薄膜，并进行以下测试：
（1）红外光谱仪（FTIR）测试薄膜的分子结构。
（2）扫描电子显微镜（SEM）测试薄膜的表面形貌。
（3）三角形波导测试薄膜的传输特性。
（4）原子力显微镜（AFM）测试薄膜的表面粗糙度。
3.结果和讨论
3.1材料合成
经过水解缩合反应，我们成功合成了MTMOS和Ph2Si（CH=CH2）3的复合聚硅氧烷材料。其中，Ph2Si（CH=CH2）3的加入使得材料具有了良好的机械性能。
掺杂PBI和HQ后，我们制备了多种杂化聚硅氧烷光波导材料。光波导材料的制备需要同时考虑其光学性能和机械强度。在掺杂物添加量为2wt%的情况下，我