專(zhuān)利名稱(chēng)：可調(diào)手性膜濾光器的制作方法
背景技術(shù)：
手性膜在各種光學(xué)應(yīng)用，其中包括太陽(yáng)鏡、電影投影儀、檢測(cè)儀表和偏振窗中用于過(guò)濾光，但手性膜仍未用于在微光電機(jī)械體系(Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems)(MOEMS)中提供光譜選擇。特別地，手性膜的制造典型地要求非常高成本的多步合成工藝。此外，對(duì)于在MOEMS器件中使用來(lái)說(shuō)，手性膜的透射效率通常是不充足的。
已用于MOEMS器件中的濾光器典型地僅僅過(guò)濾單一固定波長(zhǎng)的波段。因此，一旦MOEMS器件被制造，則不可能調(diào)節(jié)MOEMS器件的波寬。因此，對(duì)于MOEMS器件在其內(nèi)使用的特定體系來(lái)說(shuō)，不可能優(yōu)化該器件的性能。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及旋光性組合物，例如膽甾醇型液晶表面膜。旋光性組合物可包括至少一種環(huán)狀分子和置于該環(huán)狀分子內(nèi)的納米核(nanocore)以形成填充的環(huán)。該組合物對(duì)至少一種光子波長(zhǎng)是透光的，但若納米核不存在于該環(huán)狀分子內(nèi)，則所述光子波長(zhǎng)將不被該組合物透射。該環(huán)狀分子可以是碳環(huán)、芳環(huán)或雜環(huán)。例如，環(huán)狀分子可以是環(huán)辛烷結(jié)構(gòu)。同樣可提供至少第二個(gè)填充的環(huán)。第二個(gè)填充的環(huán)可引起該組合物在第二波長(zhǎng)下透光。
填充的環(huán)可連接到手性分子上，例如將成為聚合物主鏈中重復(fù)單元的手性分子上。第二個(gè)填充的環(huán)也可連接到手性分子上。聚合物主鏈可包括鹵素側(cè)基和鹵素端基。例如，氟可作為側(cè)基和/或端基連接到主鏈上。
在環(huán)狀分子內(nèi)的納米核可以是結(jié)晶材料，例如金屬晶體、金屬合金晶體或半導(dǎo)體晶體。更特別地，在環(huán)狀分子內(nèi)的納米核可以是砷化鎵(GaAs)或磷化鎵銦(GaInP)。
組合物在其下透射的光子波長(zhǎng)可以是可調(diào)節(jié)的。例如，組合物在其下透射的波長(zhǎng)可根據(jù)施加到該組合物上的電場(chǎng)而變化，這會(huì)改變填充的環(huán)相對(duì)于手性分子的位置。
形成旋光性組合物的方法可包括下述步驟提供環(huán)狀分子并在該環(huán)狀分子內(nèi)布置納米核，形成填充的環(huán)。該填充的環(huán)可連接到聚合物主鏈上。
本發(fā)明還涉及包括旋光性膜的濾光器。濾光器可耦合到光收發(fā)機(jī)、鏡陣列(mirror array)或微光電機(jī)械體系(MOEMS)器件上?？墒褂没瘜W(xué)氣相沉積方法或者物理沉積方法施加旋光性膜。旋光性膜的沉積厚度可以是約1微米-2微米。濾光器也可包括產(chǎn)生電場(chǎng)的電場(chǎng)發(fā)生器。電場(chǎng)可引起膜在其下透射時(shí)的波長(zhǎng)改變。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是為理解本發(fā)明可用的旋光性膜的例舉化學(xué)結(jié)構(gòu)。
圖2A是為理解本發(fā)明可用的摻入旋光性膜的例舉鏡子。
圖2B是摻入旋光性膜的例舉鏡子的替代實(shí)施方案。
圖3-6是為理解合成本發(fā)明的旋光性膜可用的例舉的化學(xué)反應(yīng)。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明涉及可用于濾光器的旋光性組合物，例如旋光性膜。該膜能透射具有特定波長(zhǎng)的光，同時(shí)基本上阻擋其它波長(zhǎng)光的透射。此處所使用的“光”是指不僅在可見(jiàn)、紫外和紅外光的光譜內(nèi)的信號(hào)，而且是指典型地通過(guò)光學(xué)透射體系處理的全頻率光譜內(nèi)的信號(hào)。該膜包括通常吸收在寬范圍光波內(nèi)的光的一種或更多種環(huán)狀分子。在每一環(huán)狀分子內(nèi)布置納米核，所述納米核引起每一環(huán)狀分子(稱(chēng)為“填充環(huán)”)在特定波長(zhǎng)下透光。納米核在其內(nèi)透光的波寬非常窄。因此，本發(fā)明的活性膜非常適合于要求高選擇度地過(guò)濾光的應(yīng)用。
正如此處所定義的，納米核是結(jié)晶結(jié)構(gòu)，它可插入到環(huán)狀分子內(nèi)部，形成填充環(huán)。例如，納米核可以是金屬晶體、金屬合金晶體或半導(dǎo)體晶體。填充環(huán)可連接到可聚合生成聚合物主鏈的含碳單體上。聚合物主鏈可具有手性結(jié)構(gòu)，以便相對(duì)于主鏈，填充環(huán)的位置可以改變。特別地，施加的電場(chǎng)可圍繞聚合物主鏈的手性中心旋轉(zhuǎn)填充環(huán)。結(jié)果，可微調(diào)填充環(huán)的透射特征。例如，可調(diào)節(jié)填充環(huán)透射時(shí)的波寬和波長(zhǎng)。
參考圖1，示出了為理解本發(fā)明的旋光性膜可用的例舉聚合物100。聚合物100可包括重復(fù)單元102。重復(fù)單元102可以是含有手性碳中心的分子。此外，一個(gè)或多個(gè)填充環(huán)可連接到重復(fù)單元102上。例如，兩個(gè)填充環(huán)108、110可連接到重復(fù)單元102上。有利的是，重復(fù)單元102可聚合形成聚合物主鏈。在微光電機(jī)械體系(MOEMS)或者其它光學(xué)表面上沉積的過(guò)程中，聚合物體系相對(duì)容易控制。正如以下所詳述的，重復(fù)單元的手性結(jié)構(gòu)有助于微調(diào)旋光性膜。盡管這樣，但本發(fā)明不限制于此。例如，填充環(huán)108、110可置于組合物內(nèi)，其中填充環(huán)沒(méi)有鍵合到聚合物主鏈上。
在所示的實(shí)施例中，氟(F)原子可作為側(cè)基104和端基106連接到重復(fù)單元102上，形成氟聚合物。氟聚合物典型地在高度潮濕/高濕度的環(huán)境內(nèi)顯示出高程度的可靠度。氟聚合物還具有低的介電常數(shù)且抗氧化。此外，氟基團(tuán)的電負(fù)性極大，于是它們非常良好地鍵合到重復(fù)單元102上。盡管如此，但其它材料可用于側(cè)基和端基。其它鹵素，例如氟和溴可用作側(cè)基和端基，然而，這些元素傾向于降低本體聚合物的耐水性。
正如所述的，填充環(huán)108、110可作為側(cè)基通過(guò)共價(jià)鍵合連接到重復(fù)單元102上。可由吸收寬范圍波長(zhǎng)內(nèi)的光的環(huán)狀分子合成填充環(huán)108、110。例如，環(huán)狀分子可以是環(huán)烷烴(例如，環(huán)辛烷、環(huán)壬烷、環(huán)癸烷等)，或者雜環(huán)，例如含氮環(huán)。這種環(huán)狀分子可吸收寬譜內(nèi)的光。
納米核112、114可置于每一環(huán)狀分子內(nèi)，形成填充環(huán)108、110。范德華力可穩(wěn)定在環(huán)狀分子內(nèi)的納米核112、114。正如所述的，納米核112、114可以是金屬晶體、金屬環(huán)境晶體或半導(dǎo)體晶體。例如，納米核112、114可以包括砷化鎵(GaAs)或磷化鎵銦(GaInP)。再者，可使用其它晶體，且本發(fā)明不限于此。其它納米核材料的實(shí)例包括砷化鎵銦(GaInAs)和銻化鎵銦(GaInSb)。
填充環(huán)108、110可在窄范圍的波長(zhǎng)內(nèi)顯示出高的透射效率。例如，當(dāng)膜厚為1微米-2微米時(shí)，含填充環(huán)108、110的聚合物100可具有大于或等于98％的透射效率。重要的是，填充環(huán)108、110在其下透射時(shí)的波長(zhǎng)取決于所使用的晶體結(jié)構(gòu)。例如，具有GaAs納米核112的填充環(huán)108在約830nm下可以是透射的，和具有GaInP納米核114的填充環(huán)110在約1550nm下可以是透射的。填充環(huán)108、110在其下透射時(shí)的確切波長(zhǎng)可根據(jù)納米核112、114的尺寸、納米晶體組合物，以及填充環(huán)108、110相對(duì)于聚合物主鏈的取向而變化。
由合成填充環(huán)108、110所使用的環(huán)狀分子所提供的開(kāi)口應(yīng)當(dāng)足夠大，以便容納各納米核112、114。然而，若由該環(huán)狀分子提供的開(kāi)口太大，則納米核112、114可能在該環(huán)狀分子內(nèi)不穩(wěn)定，這將負(fù)面影響透射效率。因此，應(yīng)當(dāng)相對(duì)于所使用的納米核112、114的尺寸來(lái)優(yōu)化環(huán)狀分子的尺寸。還優(yōu)選環(huán)狀分子具有窄的尺寸分布。例如，若納米核包括中值基本直徑(median base diameter)為850±120埃的GaAs晶體或GaInP晶體，則優(yōu)選的環(huán)狀分子是環(huán)辛烷(C8H16)基環(huán)。對(duì)于較大尺寸的晶體來(lái)說(shuō)，可由具有下述化學(xué)式C9H18、C10H20、C11H22、C12H24、C13H26、C14H28等等中任何一種的碳環(huán)合成其它填充環(huán)。正如所述的，也可使用雜環(huán)?？墒褂梅辑h(huán)，其中納米核充分地足夠小，以便配合到由芳環(huán)提供的開(kāi)口內(nèi)。例如，為了配合到芳環(huán)內(nèi)，納米核填充應(yīng)當(dāng)小于1nm。
為了微調(diào)填充環(huán)108、110的透射特征，可施加電場(chǎng)到膜上，使填充環(huán)108、110相對(duì)于手性分子旋轉(zhuǎn)，所述手性分子是在聚合物主鏈內(nèi)的重復(fù)單元(102)。外加的電場(chǎng)可使填充環(huán)108、110朝彼此旋轉(zhuǎn)，以減少填充環(huán)之間的距離。例如，位阻可保持通常所布置的填充環(huán)108、110，以便它們相對(duì)于可成為聚合物主鏈中手性分子的重復(fù)單元(102)，隔開(kāi)約1800。存在電場(chǎng)可調(diào)節(jié)在300-1800范圍內(nèi)任何值的分離。可使用這種微調(diào)，以調(diào)節(jié)最佳的空間波長(zhǎng)和被透射的光的波寬這二者。
例如，可橫跨填充環(huán)108、110施加偏壓并調(diào)節(jié)，以改變電場(chǎng)強(qiáng)度介于0.8V/m至3.5V/m之間，這反過(guò)來(lái)會(huì)改變填充環(huán)108的最佳空間波長(zhǎng)從820nm到840nm。也可改變電場(chǎng)強(qiáng)度，以調(diào)節(jié)填充環(huán)110的最佳空間波長(zhǎng)從1530nm到1570nm。此外，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度增加時(shí)，填充環(huán)108、110在其下透射時(shí)的波寬下降。對(duì)應(yīng)于頻率傳輸(frequencytransmission)的GaAs和GaInP納米核的特定空間微調(diào)的結(jié)果是，波寬下降。
電場(chǎng)強(qiáng)度(E)與橫跨填充環(huán)108、110所施加的偏壓成正比。此外，E是施加偏壓所使用的電極之間的距離和置于電極之間的體積介電常數(shù)的函數(shù)，在此情況下，所述電極可以是含填充環(huán)108、110的膜。
在可供替代的布局中，可在填充環(huán)108、110內(nèi)摻入順磁或鐵磁元素。因此，磁場(chǎng)可耦合到膜上以影響在聚合物主鏈內(nèi)的重復(fù)單元(102)周?chē)幪畛洵h(huán)108、110的旋轉(zhuǎn)。微調(diào)這一膜所要求的磁場(chǎng)強(qiáng)度與順磁或鐵磁元素的磁導(dǎo)率成反比。
重要的是，各種填充環(huán)108、110可連接到重復(fù)單元102上，以便膜在多種波長(zhǎng)下是可透射的。例如，填充環(huán)108和填充環(huán)110可連接到單一的聚合物主鏈上。因此，膜可以在830nm和1550nm二者下透射?？赏ㄟ^(guò)這一頻率，特別是具有非常窄波寬的這一頻率的膜是非常有利的。例如，本發(fā)明可在MOEMS、自由空間通信、光通信、醫(yī)療光譜術(shù)或要求濾光器的任何其它應(yīng)用中使用，所述濾光器可使具有非常窄波寬的多種波長(zhǎng)通過(guò)。特別地，本發(fā)明的膜可非常有利地用于要求光在大的距離內(nèi)，例如距離大于1km時(shí)透射的應(yīng)用上。在這一距離內(nèi)，光學(xué)信號(hào)，例如光脈沖可顯著受到散射、與環(huán)境光和噪音共混的影響，這些中的每一種可劣化光信號(hào)。作為濾光器，本發(fā)明的膜可改進(jìn)這種劣化的光學(xué)信號(hào)的質(zhì)量。
本發(fā)明的旋光性膜可施加到各種光學(xué)器件上。例如，可將該膜施加到光學(xué)透鏡、鏡子、MOEMS器件或者要求光學(xué)膜的任何其它表面上。參考圖2A，示出了例舉的器件200，它包括具有旋光性膜220的鏡子210和/或透鏡。電極230、240可分別置于膜220的層的相對(duì)端222、224處。電極230、240可與電源250的各終端252、254相連，從而能在電極230、240之間和通過(guò)膜220產(chǎn)生電場(chǎng)。在優(yōu)選的布局中，電源250是可調(diào)節(jié)的，以提供寬范圍的所需輸出電壓。例如，電源250的輸出電壓可從0V變化到2.5V。因此，可調(diào)節(jié)電場(chǎng)強(qiáng)度，以滿(mǎn)足膜220的光學(xué)特征。
在可供替代的布局中，正如圖2B所示，例舉的器件260可包括鏡子210和/或透鏡以及旋光性膜220?？商峁┡c膜220共平面的透光電極265、270。在這一布局中，可生成與膜的平面垂直的電場(chǎng)。透光電極265、270可包括例如氧化銦錫(ITO)膜。當(dāng)ITO膜厚度為約1500埃時(shí)，對(duì)于范圍為500微米-2000微米的波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，ITO可提供超過(guò)90％的透光率?？墒褂梅磻?yīng)性R.F.濺射或CVD沉積，使ITO膜在與膜220鄰近的表面上生長(zhǎng)。這一技術(shù)可有助于在使用沉積方法形成的MOEMS器件的情況下利用本發(fā)明。
存在可施加含填充環(huán)108、110的旋光性膜而使用的許多沉積技術(shù)。例如，可通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)或真空沉積方法，例如物理氣相沉積(PVD)施加旋光性膜。CVD尤其確保甚至在具有復(fù)雜幾何形狀的表面上均勻的保形沉積。均勻的保形沉積對(duì)于MOEMS器件來(lái)說(shuō)是特別重要的。在優(yōu)選的布局中，沉積厚度為1微米-2微米。
合成旋光性膜的方法本發(fā)明的特征還在于合成旋光性膜的方法。優(yōu)選的方法包括下述步驟(A)形成含置于環(huán)狀分子內(nèi)的納米核的至少一個(gè)填充環(huán)作為第一前體(例如，固定在環(huán)辛烷環(huán)狀分子內(nèi)的GaAs)；(B)連接該填充環(huán)到第二前體上，形成含單體的中間體；和(C)加工該中間體，形成含連接有填充環(huán)的重復(fù)單元的聚合物?？扇Q于合成旋光性膜所使用的實(shí)際的化學(xué)組合物和方法進(jìn)行額外的前體和中間體步驟。
反應(yīng)條件溫度將反應(yīng)混合物置于導(dǎo)致在反應(yīng)混合物內(nèi)產(chǎn)生化學(xué)產(chǎn)物的條件下的步驟典型地包括下述步驟調(diào)節(jié)反應(yīng)混合物的溫度到適合于待進(jìn)行的反應(yīng)的溫度下。所選的特別溫度或溫度范圍根據(jù)數(shù)個(gè)參數(shù)而變化，其中包括所選的特定反應(yīng)，在反應(yīng)混合物內(nèi)反應(yīng)物的濃度，反應(yīng)混合物的壓力等?？捎上鄬?duì)于與所選反應(yīng)相類(lèi)似的反應(yīng)(即，常規(guī)的合成方法或類(lèi)似方法)來(lái)說(shuō)已知最佳的溫度外推這一溫度，以得到通用的合適溫度范圍。然后通過(guò)使用常規(guī)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，且溫度可在外推的通用合適溫度范圍周?chē)兓詫ふ矣糜诒景l(fā)明方法的合適和/或最佳的溫度。一般地，優(yōu)選產(chǎn)生最大量反應(yīng)產(chǎn)物時(shí)的那些溫度。對(duì)于許多反應(yīng)來(lái)說(shuō)，合適的溫度范圍為約25℃-約250℃，但這一范圍可顯著變化。
壓力將反應(yīng)混合物置于導(dǎo)致在反應(yīng)混合物內(nèi)產(chǎn)生該化學(xué)品的條件下的步驟也可包括下述步驟調(diào)節(jié)反應(yīng)混合物的壓力到適合于待進(jìn)行的反應(yīng)的壓力下。所得的特別的壓力或壓力范圍根據(jù)數(shù)個(gè)參數(shù)而變化，其中包括所選的特定反應(yīng)，在反應(yīng)混合物內(nèi)反應(yīng)物的濃度，反應(yīng)混合物的溫度等?？捎上鄬?duì)于與所選反應(yīng)相類(lèi)似的反應(yīng)(即，使用回流反應(yīng)、脫氟化、聚合等的常規(guī)合成方法或類(lèi)似方法)來(lái)說(shuō)已知最佳的壓力外推這一壓力，以獲得通用的合適壓力范圍。然后可通過(guò)在改變常規(guī)方法中進(jìn)行本發(fā)明的反應(yīng)，從而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，和壓力可在外推的通用合適壓力范圍周?chē)兓?，以尋找用于本發(fā)明方法的最佳壓力。例如，產(chǎn)生最大量化學(xué)產(chǎn)物時(shí)的那些壓力可能是最佳的。對(duì)于許多反應(yīng)來(lái)說(shuō)，合適的壓力范圍為約10mmHg-約1000mmHg，但這一范圍可顯著變化。
持續(xù)時(shí)間反應(yīng)的持續(xù)時(shí)間取決于所選的特定反應(yīng)和反應(yīng)條件。一般地，發(fā)生反應(yīng)的時(shí)間量在介于(a)反應(yīng)引發(fā)和化學(xué)產(chǎn)物第一次出現(xiàn)與(b)(例如，由于試劑耗盡或者產(chǎn)生干擾副產(chǎn)物導(dǎo)致的)反應(yīng)引發(fā)和化學(xué)產(chǎn)物的合成終止之間的時(shí)間中變化。因此，反應(yīng)可持續(xù)小于數(shù)秒到數(shù)天或者甚至更長(zhǎng)。
反應(yīng)產(chǎn)物的分離同樣在本發(fā)明范圍內(nèi)的是從已反應(yīng)的反應(yīng)混合物中分離和/或純化化學(xué)產(chǎn)物的方法?？赏ㄟ^(guò)分離不同物質(zhì)的混合物已知的任何技術(shù)進(jìn)行這一方法。例如，這一方法可包括提取、色譜分離、蒸餾、過(guò)濾、漂洗等步驟。
反應(yīng)組分的純度反應(yīng)物組分應(yīng)當(dāng)為99％的優(yōu)選純度，ACS研究用等級(jí)或等價(jià)物。優(yōu)選高純度的反應(yīng)物以消除會(huì)降低總產(chǎn)率的污染源。其它污染源可包括不純的反應(yīng)物、反應(yīng)容器、分離介質(zhì)和洗滌溶劑。這種污染物應(yīng)當(dāng)最小化。
實(shí)施例圖3-6示出了為理解本發(fā)明的合成旋光性膜的方法可用的例舉的化學(xué)反應(yīng)。參考圖3，示出了第一方法，在回流反應(yīng)內(nèi)，通過(guò)在環(huán)辛烷分子中固定GaAs生成第一前體，從而產(chǎn)生含GaAs納米核置于其內(nèi)的環(huán)狀分子的填充環(huán)的溶液。例如，環(huán)辛烷(例如，CAS 292-64-8)可與GaAs(例如，CAS 1303-00-0)混合。環(huán)辛烷可放入容器類(lèi)反應(yīng)器，例如玻璃襯里的不銹鋼反應(yīng)器內(nèi)，然后可使GaAs均勻地混合到環(huán)辛烷內(nèi)。優(yōu)選地，GaAs與環(huán)辛烷的摩爾比應(yīng)當(dāng)為至少2∶1?？稍?5℃下，在標(biāo)準(zhǔn)的大氣條件下，例如約760mmHg下，機(jī)械或旋轉(zhuǎn)地?cái)嚢璀h(huán)辛烷和GaAs的混合物2-4小時(shí)。
固定在環(huán)辛烷內(nèi)的GaAs的反應(yīng)的特征在于放熱反應(yīng)。因此，混合物的溫度不應(yīng)當(dāng)超過(guò)環(huán)辛烷的沸點(diǎn)(它為約151℃)。若超過(guò)這一溫度，則環(huán)辛烷可降解并生成熱分解產(chǎn)物。
當(dāng)完成攪拌循環(huán)時(shí)，所得溶液包括含GaAs納米核固定在環(huán)辛烷分子內(nèi)的填充環(huán)310(第一前體)。第一前體為液態(tài)。不與環(huán)辛烷反應(yīng)的過(guò)量的GaAs分子將沉淀出溶液并可被除去。也可存在未反應(yīng)的環(huán)辛烷分子，所述未反應(yīng)的環(huán)辛烷分子也可被除去。例如，可使用異丙醇漂洗來(lái)純化溶液。也可使用分子篩或篩分技術(shù)允許較低分子量的材料，例如未反應(yīng)的GaAs和環(huán)辛烷通過(guò)。反應(yīng)產(chǎn)率應(yīng)當(dāng)大于或等于約60％。
參考圖4，示出了在回流反應(yīng)中，在環(huán)辛烷分子內(nèi)GaInP晶體，以產(chǎn)生填充環(huán)410(第二前體)的第二種方法。In的CAS號(hào)是7440-74-6，和鎵的CAS號(hào)是7440-55-3。再者，GaInP晶體與環(huán)辛烷的摩爾比應(yīng)當(dāng)為2∶1。此外，第二方法可包括與以上對(duì)于第一前體所述的第一種方法相同的混合、攪拌和純化步驟與條件。
參考圖5，示出了合成第三前體510的第三方法。第三前體510可以是二氟氫化鋁(AlF2H)，它可在氟化鋁(AlF3)無(wú)水粉末(CAS7784-18-1)與氫氟酸(HF)的回流反應(yīng)中合成。AlF3與HF的摩爾比應(yīng)當(dāng)為約1∶1。可將AlF3加入到預(yù)熱至溫度為約150℃的高純度的不銹鋼反應(yīng)器，例如300或400系列的不銹鋼反應(yīng)器內(nèi)。可在烘箱內(nèi)或者在熱板上在良好通風(fēng)的區(qū)域內(nèi)預(yù)熱不銹鋼反應(yīng)器。然后可將HF加入到AlF3中，并可輕微地?cái)嚢柙摶旌衔?小時(shí)。在優(yōu)選的布局中，可在維持溫度約150℃和真空壓力約5-25mmHg的真空烘箱內(nèi)發(fā)生攪拌步驟，這會(huì)加快氟氣(F2)從混合物中的釋放。
參考圖6A和6B，示出了形成具有作為側(cè)基連接的填充環(huán)的聚合物的方法。正如圖6A所示，該方法可始于四氯化磷(PF4)與四氟化碳(CF4)反應(yīng)形成單體，或者第一中間體610。PF4與CF4的摩爾比應(yīng)當(dāng)為約1∶1?；旌衔锟山?jīng)歷回流反應(yīng)，其中在不銹鋼反應(yīng)器內(nèi)，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(約760mmHg)下混合物在25℃-50℃下沸騰1小時(shí)，以產(chǎn)生六氟化碳磷(CPF6)。在該方法過(guò)程中氟氣可從第一中間體610中釋放。
第一前體310(具有固定的GaAs的環(huán)辛烷)然后可獨(dú)立地滴入到第一中間體610內(nèi)，在回流反應(yīng)中，使第一前體310的第一填充環(huán)連接到中間體610上。例如，可在具有入口端以供以1∶1的摩爾比添加第一前體310溶液到中間體610溶液內(nèi)的玻璃襯里的反應(yīng)器或者不銹鋼反應(yīng)器中進(jìn)行這一方法。回流反應(yīng)應(yīng)當(dāng)在大致標(biāo)準(zhǔn)的大氣壓下，在50℃下進(jìn)行4小時(shí)?；亓鞣磻?yīng)可引起生成HF，HF可作為氣體被驅(qū)走或者通過(guò)分離技術(shù)，例如用分子篩分離技術(shù)除去。第二中間體620可來(lái)自于所示的反應(yīng)。
接下來(lái)，在回流反應(yīng)中，第二氣體410可與第二中間體620反應(yīng)。應(yīng)當(dāng)使用1∶1的摩爾比?？稍诜磻?yīng)器內(nèi)提供第二入口端，以便獨(dú)立地添加第二氣體410到第二中間體620中。再者，回流反應(yīng)應(yīng)當(dāng)在50℃下，在大致標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下進(jìn)行4小時(shí)，以達(dá)到第二氣體410的填充環(huán)連接到第二中間體620上，形成第三中間體630。在回流反應(yīng)過(guò)程中生成的HF在此可作為氣體被驅(qū)走或者通過(guò)分離技術(shù)除去。由于位阻導(dǎo)致第二氣體310的填充環(huán)易于鍵合到第二中間體620分子的位置上，該位置與其中第一氣體410的填充環(huán)鍵合的位置相對(duì)。而且，在未加偏壓的狀態(tài)下，相對(duì)于碳磷分子核，兩個(gè)填充環(huán)之間的角度接近于約180°。
下一步，在回流反應(yīng)中，第三氣體510，AlF2H可與第三中間體630反應(yīng)，形成第四中間體640。再次應(yīng)當(dāng)使用1∶1的摩爾比。回流反應(yīng)應(yīng)當(dāng)在大致標(biāo)準(zhǔn)的大氣壓下，在50℃下進(jìn)行4小時(shí)，將來(lái)自第三前體410的鋁和氟鍵合到第三中間體630內(nèi)，形成單體640。過(guò)量的HF可沉淀出溶液，作為氣體被驅(qū)走，或者通過(guò)分離技術(shù)除去。由于HF從該反應(yīng)中釋放，因此反應(yīng)應(yīng)當(dāng)在不銹鋼或者Teflon反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生。
然后可在單體640上連續(xù)進(jìn)行脫氟化和聚合，以形成聚合物650，所述聚合物650顯示出手性膜的性能。認(rèn)為氟氣在該工藝過(guò)程中釋放。位于單體端基上的氟基團(tuán)是在該單體內(nèi)最小位阻的元素。因此，當(dāng)氟氣被除去時(shí)，經(jīng)歷聚合的溶液的粘度增加且開(kāi)始形成手性膜?？杀O(jiān)控氟氣的釋放以評(píng)價(jià)反應(yīng)的進(jìn)展。
權(quán)利要求
1.旋光性物質(zhì)組合物，其包括至少一個(gè)環(huán)狀分子；和置于所述環(huán)狀分子內(nèi)以形成填充環(huán)的納米核；其中所述填充環(huán)對(duì)至少一種光子波長(zhǎng)是透光的，所述至少一種光子波長(zhǎng)不被無(wú)所述納米核的所述環(huán)狀分子透過(guò)。
2.權(quán)利要求1的組合物，進(jìn)一步包括手性分子，其中所述填充環(huán)連接到所述手性分子上。
3.權(quán)利要求2的組合物，其中所述手性分子是聚合物主鏈內(nèi)的重復(fù)單元。
4.權(quán)利要求1的組合物，其中所述納米核包括結(jié)晶材料。
5.權(quán)利要求2的組合物，其中所述組合物在其下可透射的光子波長(zhǎng)是可調(diào)的。
6.權(quán)利要求5的組合物，其中所述組合物在其下可透射的光子波長(zhǎng)隨施加到所述組合物上的電場(chǎng)而變化。
7.一種形成旋光性組合物的方法，該方法包括下述步驟提供至少一種環(huán)狀分子；和在所述環(huán)狀分子內(nèi)布置納米核，形成填充環(huán)；其中所述填充環(huán)對(duì)至少一種光子波長(zhǎng)是透光的，所述至少一種光子波長(zhǎng)沒(méi)有被不存在所述納米核的所述環(huán)狀分子透過(guò)。
8.權(quán)利要求7的方法，進(jìn)一步包括下述步驟提供手性分子；和將所述填充環(huán)連接到所述手性分子上。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述手性分子是聚合物主鏈內(nèi)的重復(fù)單元。
10.權(quán)利要求7的方法，其中所述納米核是結(jié)晶材料。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于光學(xué)應(yīng)用的旋光性組合物(100)。該旋光性組合物(100)可包括至少一種環(huán)狀分子，所述至少一種環(huán)狀分子具有布置在該環(huán)狀分子內(nèi)的納米核(112)以形成填充環(huán)(108)。組合物(100)對(duì)至少一種光子波長(zhǎng)是透光的，但若納米核在該環(huán)狀分子內(nèi)不存在，則所述光子波長(zhǎng)將不被該組合物(100)透射。填充環(huán)(108)可連接到手性分子上，所述手性分子是聚合物主鏈內(nèi)的重復(fù)單元(102)。在第二波長(zhǎng)下引起組合物透光的第二填充環(huán)(110)也可連接到手性分子(102)上?？墒┘与妶?chǎng)到填充環(huán)(108)上，以調(diào)節(jié)填充環(huán)(108)在其下透光時(shí)的波長(zhǎng)。
文檔編號(hào)G02B5/30GK1902513SQ200480039989
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2004年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月6日
發(fā)明者R·T·派克, D·特貝 申請(qǐng)人:哈里公司