高折射率(HRI)聚合物被广泛用于物理数据存储、微透镜、增透膜、波导、集成光子环膜和太阳能电池等光学领域。然而,大多数聚合物的折射率(n)在1.3 - 1.7范围内,难以满足高性能光学设备需求(大多数光学器件需要n > 2.0的材料才能实现高性能运行和小型化)。为了实现HRI,设计聚合物时往往加入摩尔折射大、摩尔体积低的元素(例如:S、Se、CI、Br、I)。虽然可以提高聚合物的折射率,但是这种方法不仅可能导致聚合物有毒,还可能会使聚合物着色。
通过形成梯度折射率(GRIN)也可达到增加折射率相同的光学效果。动物眼睛的折射率相对较小,范围为1.33-1.52,但是它们提供了惊人的图像质量。动物眼睛拥有晶状体表面的折射和由折射率梯度引起的晶状体侧面的折射这两种独特性质,导致焦距能力增强、镜头透明度和镜头深度增加。这一想法能在微波频率下工作的超材料中成功实现。但是,可用的GRIN在可见和近红外光谱区间中非常有限。为了模拟自然GRIN镜片,已存在了几种解决方案。最常见的策略之一是多层共挤(具有不同折射率的聚合物纳米层的连续沉积)、另一种策略是获得具有液晶(LC)液滴的聚合物基质。最近,3D打印晶格状聚合物层聚合物基体中存在孔隙或3D打印过程中通过声波形成气泡,在镜片中实现了GRIN效果。但这些方法所需技术不仅精细而且复杂。基于此,来自ITMO大学的Sofia M. Morozova、Alexandr V. Vinogradov和阿联酋迪拜XPANCEO互联网城新兴技术研究中心的Valentyn S. Volkov研究团队基于聚(离子液体)(PILs)开发了具有高GRIN值的薄膜和透镜。与非离子聚合物相比,PIL的一个重要优势是能够通过改变离子对的性质来编程它们的正确连接。光学特性很大程度上取决于离子的性质,当反离子从大变小时,聚合物的结晶度可以从无定形变为高度结晶。
原文链接:
https://doi.org/10.1002/adom.202402488
原文作者:
Tatiana G. Statsenko, Georgy A. Ermolaev, Dmitry Gets, Denis S. Kolchanov, Ivan Yu Chernyshev, Alexander V. Polezhaev, Igor E. Eliseev, Victor Ukleev, Jochen Stahn, Alexey S. Taradin, Aleksey V. Arsenin, Sergey V. Makarov, Alexandr V. Vinogradov, Sofia M. Morozova, and Valentyn S. Volkov
DOI:10.1002/adom.202402488
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