本文采用胆甾相液晶诱导的方法制备手性多孔高分子薄膜, 通过将向列相液晶与不同种类有机溶剂按照不同比例混合后填充入薄膜中以探究具有一维周期性螺旋结构的薄膜对溶液的敏感性。结果表明, 基于聚合物网络的形状记忆效应和强大的界面锚定作用, 聚合物薄膜对溶液都有响应并呈现出选择性反射。由于液晶与溶剂不同配比混合溶液产生的平均折射率差异, 薄膜的反射带迁移可达140 nm。此外, 不同溶剂与液晶按照相同的比例混合填充后重构样品的反射带差异也较为明显。具体来说, 所选用的乙酸丁酯溶剂的折射率仅比乳酸丁酯溶剂的折射率小0.03, 但薄膜的反射带中心波长却相对红移约20 nm, 进一步的实验表征和分析表明, 这一现象归因于聚合物薄膜的溶胀度会随着溶剂与聚合物薄膜两者之间的溶度参数差值而改变, 即溶剂与聚合物的溶度参数越接近, 溶剂越容易扩散进入聚合物薄膜中, 并使其体积膨胀, 从而螺距产生更大的拉伸, 由此导致反射带发生相对红移。因此, 这种柔性反射膜是具有溶液敏感性的。

对比研究了吡唑喹啉衍生物(PAQ5)的掺杂对聚N-乙烯基咔唑(PVK)聚合物薄膜载流子传输性能的影响.分析薄膜宏观的电流密度-电场关系发现: 电场F在106~107 V·cm-1范围时, 纯PVK薄膜中电流密度J∝F2.1, 而在掺杂了PAQ5(4.8 wt%)的PVK薄膜中J∝F2.9.掺杂薄膜导电能力的提高, 除了有空穴从阳极注入PVK形成的空间电荷限制电流之外, 也有PAQ5使电子从阴极注入和传输形成的传输电流.分析薄膜用飞行时间法测得的瞬态光电流谱可得: 在1×105~2×105 V·cm-1的低场下, 纯PVK薄膜中传导电流的主要是空穴载流子, 其迁移率在7.6×10-5 cm2·V-1·s-1, 而电子迁移的信息却很微弱, PAQ5掺杂浓度为2 wt%的PVK薄膜载流子传输性能没有大的变化.在PAQ5掺杂浓度为5 wt%的PVK薄膜中, 空穴的迁移率为6.0×10-5 cm2·V-1·s-1, 电子的迁移率为7.9×10-6 cm2·V-1·s-1.掺入的PAQ5建立的电子传输通道使掺杂薄膜载流子的传输性能得到显著提高.

为满足空间成像领域对大口径、轻量化、高衍射效率光学衍射元件的需求, 研究了薄膜衍射元件微结构设计及制作工艺。应用Zemax光学软件设计了320 mm口径, F/#100的四台阶薄膜菲涅尔衍射元件, 并利用Matlab软件将连续位相结构转化为离散化台阶分布。研究了薄膜菲涅尔衍射元件的制作技术, 选用透明聚酰亚胺薄膜作为基底材料, 以石英玻璃作为复制模板, 通过多次旋涂的方式实现了厚度为20 μm的衍射薄膜制作。应用Solidworks软件设计并加工薄膜支撑装置。测量复制基板及薄膜对应区域的微结构, 实验结果表明条纹线宽转移偏差小于1.3%, 台阶深度偏差小于8.6%。搭建光路测试在波长632.8 nm处衍射效率平均值为71.5%, 达到了理论值的88%。实验结果表明, 制作的薄膜重量轻, 复制精度高, 并且具有高衍射效率, 满足空间望远镜的应用要求。

提出了一种红外反射器件, 通过载体液晶在电场下的转向控制胆甾型液晶聚合物粒子在器件中的排布方向, 实现红外反射与透射之间切换.其中, 胆甾型液晶聚合物粒子是实现红外反射关键.介绍了胆甾型液晶聚合物薄膜的制备方法, 并采用超声波破碎的方法制备液晶粒子.研究了液晶混合物中不同比例的交联剂液晶1对液晶聚合物薄膜脆性和反射波段的影响, 发现当液晶1占100%时, 液晶聚合物薄膜的脆性最大, 且其清亮点最高, 并且薄膜的反射波段随着液晶1比例的增加而向短波方向偏移.同时, 研究了薄膜厚度对液晶聚合物粒子的影响, 发现液晶薄膜厚度越小, 制备的液晶聚合物粒子越小且越均匀, 其制成的器件电驱动性更好.该研究有利于帮助电响应红外反射窗的性能优化.

本论文主要介绍了一种用来空间上调节光的传播方向跟偏振态的光学薄膜结构。这种结构包含多层图案化的双折射薄膜，每一层都是由液晶聚合物（LCP）构成，这些聚合物的光轴方向由一层图案化的光配向层控制而变化。这种光调制器有两层功能层，第一层的设计是图案化的偏振光栅，光栅向量方向可以空间上变化，已达到空间调制光的传播方向的作用，第二层是一层图案化的光延迟膜，可以调节出射光的偏振态。这种多薄结构的厚度小于1 μm，有助于提供高分辨率的光波前结构。它还可以当做光掩模，用来产生多畴配向结构的光配向层，应用到现代液晶显示器的制造中。为了验证这种结构的实用性，我们成功地制作了这种多层膜结构，并用它在单次曝光的条件下制作了一个两域光配向结构的液晶盒。这种光学薄膜结构在调制光的传播方向跟偏振态方面有着独特的功能，可以广泛应用于微型制造、三维成像、光通信、光计算、光开关等等领域。

以硬质硅片作为承载体, 在其表面合成性质可控的聚合物薄膜, 利用光刻工艺制作微结构, 将薄膜与硅片剥离, 获得在柔性衬底上大面积均匀的太赫兹器件.以聚酰亚胺薄膜为衬底的太赫兹偏振片的测试结果表明: 在0.1 THz处, 器件的偏振消光比可达到50 dB, 在0.1~2 THz范围内偏振方向的平均透过率高达89.78%, 偏振度大于99.84%, 在42.3 mm直径的区域内, 其偏振均匀性好, 达到实用化要求.

开展了微流体数字化技术制备聚合物薄膜电阻的研究。搭建了聚合物薄膜电阻按需喷射制备系统, 将聚乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)聚合物以13.4%的最佳重叠率, 按需喷射到RC(Resin-Coating)相纸表面, 由聚合物液滴形成的薄膜在相纸表面毛细作用下迅速干燥形成薄膜电阻, 并通过退火处理进一步降低薄膜电阻的阻值。实验研究了系统参量对聚合物液滴直径的影响, 并通过改变薄膜电阻的行数、列数和层数以及退火处理的条件, 制备了阻值为3.5～23.2 MΩ的薄膜电阻。实验显示薄膜电阻阻值和行数近似线性关系, 并且随着制备列数和层数的增大而减小, 退火处理可以使薄膜电阻的阻值降低10%～40%。以相同制备参数和退火条件制备的薄膜电阻具有较好的一致性, 薄膜电阻的阻值随温度的升高而减小并趋于稳定。实验结果表明, 基于微流体数字化技术制备聚合物薄膜电阻具有工艺简单、成本低廉、电阻电学性能优越等优点。

介绍了一种在大气压环境下产生超细Ar/O2等离子体射流的装置。为了降低等离子体射流的尺寸, 一种特制的玻璃微针被用于制作等离子体射流源。当施加在电极上的电压为4.0 kV时, 该装置能产生基本均匀和稳定等离子体射流, 且等离子体射流的线宽仅有几μm。此外, 探究了该超细等离子体射流选择性去除聚氯代对二甲苯薄膜的可能性。实验结果表明, 该超细Ar/O2等离子体射流能有效地选择性去除聚氯代对二甲苯薄膜, 去除速率可达2.4 μm/min。因此, 这种超细Ar/O2大气压等离子体射流有可能用于材料的超细加工。

提出了表面无序亚微米结构高雾度和高透光率扩散膜的制备方法。通过模板复制法, 基于硅锥模板和阳极氧化铝模板制备了具有表面无序亚微米结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚苯乙烯(PS)薄膜。结果表明, 表面无序亚微米结构可以显著增加薄膜的雾度。结构的形貌和尺寸对薄膜光扩散性能有重要影响, 其中利用锥径650 nm的硅锥模板得到的具有表面无序亚微米孔结构的PDMS薄膜的雾度达到92%, 透光率为90.9%, 有效散射系数为83.7%;同一模板制备的PS薄膜的雾度达到97.9%, 透光率为85%, 有效散射系数为83.2%;这二种微结构薄膜都可用作高效扩散膜。结果表明: 利用硅锥模板制备这种高效扩散膜, 工艺简单、成本低, 对聚合物材料没有选择性, 有望实现高性能扩散膜的大规模生产。