High-refractive-index polymer
હાઇ-રીફ્રેક્ટિવ-ઇન્ડેક્સ પોલિમર (એચ. આર. આઈ. પી.) એ એક પોલિમર છે જેનો રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ 1.5થી વધારે હોય છે. આવી સામગ્રી પ્રતિબિંબીત વિરોધી કોટિંગ અને પ્રકાશ ઉત્સર્જક ડાયોડ (એલઇડી) અને છબી સેન્સર જેવા ફોટોનિક ઉપકરણો માટે જરૂરી છે. પોલિમરનો રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ ઘણા પરિબળો પર આધારિત છે જેમાં ધ્રુવીકરણક્ષમતા, સાંકળની લવચીકતા, મોલેક્યુલર ભૂમિતિ અને પોલિમર બેકબોન ઓરિએન્ટેશનનો સમાવેશ થાય છે. 2004 સુધીમાં, પોલિમર માટે સૌથી વધુ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ 1.76 હતો. પોલિમરમાં રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ વધારવા માટે પોલિમર મેટ્રિક્સમાં ઉચ્ચ દાઢ અપૂર્ણાંક અથવા ઉચ્ચ-એન નેનોપાર્ટિકલ્સવાળા અવેજી રજૂ કરવામાં આવ્યા છે. ગુણધર્મો રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ એક લાક્ષણિક પોલિમરનો રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ 1.30-1.70 હોય છે, પરંતુ ચોક્કસ ઉપયોગો માટે ઘણીવાર ઉચ્ચ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ જરૂરી હોય છે. રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ એ મોનોમરની મોલર રીફ્રેક્ટિવિટી, માળખું અને વજન સાથે સંબંધિત છે. સામાન્ય રીતે, ઉચ્ચ દાઢ રીફ્રેક્ટિવિટી અને નીચા દાઢ વોલ્યુમ પોલિમરના રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સમાં વધારો કરે છે. ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો ઓપ્ટિકલ ડિસ્પર્શન એ એચ. આર. આઈ. પી. નો એક મહત્વપૂર્ણ ગુણધર્મ છે. તે અબે નંબર દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. ઉચ્ચ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ સામગ્રીમાં સામાન્ય રીતે નાની એબ્બે સંખ્યા અથવા ઉચ્ચ ઓપ્ટિકલ ડિસ્પર્શન હોય છે. ઘણી એપ્લિકેશનો માટે ઉચ્ચ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ સાથે નીચા બાયરેફ્રિન્જન્સની જરૂર છે. તે HRIP બનાવવા માટે પ્રારંભિક મોનોમરમાં વિવિધ કાર્યાત્મક જૂથોનો ઉપયોગ કરીને પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. સુગંધિત મોનોમર્સ બંને રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સમાં વધારો કરે છે અને ઓપ્ટિકલ અનિસોટ્રોપીમાં ઘટાડો કરે છે અને આમ બાયરેફ્રિન્જન્સમાં ઘટાડો કરે છે. ઉચ્ચ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ પોલિમરમાં ઉચ્ચ સ્પષ્ટતા (ઓપ્ટિકલ પારદર્શિતા) પણ જરૂરી છે. સ્પષ્ટતા પોલિમર અને પ્રારંભિક મોનોમરના રીફ્રેક્ટિવ અનુક્રમણિકા પર આધારિત છે. થર્મલ સ્થિરતા જ્યારે થર્મલ સ્થિરતાને જોવામાં આવે છે, ત્યારે માપવામાં આવતા લાક્ષણિક ચલમાં કાચ સંક્રમણ, પ્રારંભિક વિઘટન તાપમાન, અધોગતિ તાપમાન અને ગલન તાપમાન શ્રેણીનો સમાવેશ થાય છે. થર્મલ સ્થિરતાને થર્મોગ્રેવિમેટ્રિક વિશ્લેષણ અને વિભેદક સ્કેનીંગ કેલરીમેટ્રી દ્વારા માપી શકાય છે. પોલિએસ્ટરને ઉષ્ણતામાનની દ્રષ્ટિએ સ્થિર ગણવામાં આવે છે, જેમાં તાપમાનમાં 410 ડિગ્રી સેલ્સિયસનો ઘટાડો થાય છે. ઉચ્ચ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ પોલિમરના પોલિમરાઇઝેશનમાં ઉપયોગમાં લેવાતા મોનોમર સાથે જોડાયેલા અવેજીને આધારે વિઘટનનું તાપમાન બદલાય છે. આમ, લાંબા આલ્કાઈલ અવેજી નીચા થર્મલ સ્થિરતામાં પરિણમે છે. દ્રાવ્યતા મોટાભાગની એપ્લિકેશનો પોલિમરની તરફેણ કરે છે જે શક્ય તેટલા દ્રાવકોમાં દ્રાવ્ય હોય છે. અત્યંત રીફ્રેક્ટિવ પોલિએસ્ટર્સ અને પોલિમાઇડ્સ સામાન્ય કાર્બનિક દ્રાવકોમાં દ્રાવ્ય છે જેમ કે ડાયક્લોરોમિથેન, મિથેનોલ, હેક્સેન, એસીટોન અને ટોલ્યુઈન. સંશ્લેષણ સંશ્લેષણનો માર્ગ એચ. આર. આઈ. પી. પ્રકાર પર આધારિત છે. માઈકલ પોલીએડિશનનો ઉપયોગ પોલીમાઇડ માટે થાય છે કારણ કે તે ઓરડાના તાપમાને કરી શકાય છે અને સ્ટેપ-ગ્રોથ પોલિમરાઇઝેશન માટે વાપરી શકાય છે. આ સંશ્લેષણ સૌપ્રથમ પોલીમીડોથીથર્સ સાથે સફળ થયું હતું, જેના પરિણામે ઉચ્ચ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ સાથે ઓપ્ટિકલી પારદર્શક પોલિમર બન્યું હતું. પોલિએસ્ટર અને પોલિફોસ્ફોનેટ જેવા ઉચ્ચ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ પોલિમર બનાવવા માટે પોલિકોન્ડેન્સેશન પ્રતિક્રિયાઓ પણ સામાન્ય છે. પ્રકાર ઉચ્ચ રીફ્રેક્ટિવ સૂચકાંકો ક્યાં તો ઉચ્ચ દાઢ રીફ્રેક્શન (આંતરિક એચઆરઆઈપી) સાથે અવેજી રજૂ કરીને અથવા પોલિમર મેટ્રિક્સ (એચઆરઆઈપી નેનોકોમ્પોઝિટ્સ) સાથે ઉચ્ચ-એન નેનોપાર્ટિકલ્સના સંયોજન દ્વારા પ્રાપ્ત કરવામાં આવ્યા છે. આંતરિક એચ. આર. આઈ. પી. રેખીય થિયોઇથર અને સલ્ફોન, ચક્રીય થિયોફીન, થિયાડિયાઝોલ અને થિયાનથ્રિન સહિતના સલ્ફર ધરાવતા અવેજીઓ પોલિમરના રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સને વધારવા માટે સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા જૂથો છે. સલ્ફરથી સમૃદ્ધ થાયન્થ્રીન અને ટેટ્રાથિયાએન્થ્રેસીન મોઇટીઝ ધરાવતા પોલિમર મોલેક્યુલર પેકિંગની માત્રાના આધારે 1.72 થી ઉપરના n મૂલ્યો દર્શાવે છે. હેલોજન તત્વો, ખાસ કરીને બ્રોમિન અને આયોડિન, એચઆરઆઈપી વિકસાવવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા પ્રારંભિક ઘટકો હતા. 1992 માં, ગૌડિયાના એટ અલ. પાર્શ્વીય બ્રોમિનેટેડ અને આયોડિનેટેડ કાર્બાઝોલ રિંગ્સ ધરાવતા પોલિમિથાઇલએક્રિલેટ સંયોજનોની શ્રેણીનો અહેવાલ આપ્યો. તેમની પાસે હેલોજન અવેજીઓના ઘટકો અને સંખ્યાઓના આધારે 1.67-1.77 ના રીફ્રેક્ટિવ સૂચકાંકો હતા. જો કે, પર્યાવરણના સંભવિત પ્રદૂષણને ઘટાડવા માટે યુરોપિયન યુનિયન દ્વારા અપનાવવામાં આવેલા WEEE નિર્દેશ અને RoHS કાયદા દ્વારા માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં હેલોજન તત્વોના તાજેતરના ઉપયોગોને ગંભીર રીતે મર્યાદિત કરવામાં આવ્યા છે. ફોસ્ફરસ ધરાવતા જૂથો, જેમ કે ફોસ્ફોનેટ્સ અને ફોસ્ફેઝીન, ઘણીવાર દૃશ્યમાન પ્રકાશ પ્રદેશમાં ઉચ્ચ દાઢ રીફ્રેક્ટિવિટી અને ઓપ્ટિકલ ટ્રાન્સમિટન્સ દર્શાવે છે. પોલીફોસ્ફોનેટ્સમાં ફોસ્ફરસના અંશને કારણે ઉચ્ચ રીફ્રેક્ટિવ સૂચકાંકો હોય છે, ભલે તેમની રાસાયણિક રચનાઓ પોલીકાર્બોનેટ જેવી જ હોય. શેવર એટ અલ. પોલીફોસ્ફોનેટ્સ માટે 1.66 પર નોંધાયેલ સૌથી વધુ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ સુધી પહોંચતા, વિવિધ બેકબોન્સ સાથે પોલીફોસ્ફોનેટ્સની શ્રેણીનો અહેવાલ આપ્યો હતો. વધુમાં, પોલિફોસ્ફોનેટ્સ સારી થર્મલ સ્થિરતા અને ઓપ્ટિકલ પારદર્શિતા દર્શાવે છે; તેઓ પ્લાસ્ટિક લેન્સમાં કાસ્ટિંગ માટે પણ યોગ્ય છે. ઓર્ગેનોમેટાલિક ઘટકો સારી ફિલ્મ બનાવવાની ક્ષમતા અને પ્રમાણમાં ઓછા ઓપ્ટિકલ વિક્ષેપ સાથે એચઆરઆઈપીમાં પરિણમે છે. ફોસ્ફરસ સ્પેસર્સ અને ફિનાઇલ બાજુની સાંકળો ધરાવતા પોલિફેરોસેનિલેલેન્સ અને પોલિફેરોસેન્સ અસામાન્ય રીતે ઉચ્ચ n મૂલ્યો દર્શાવે છે (n = 1.74 અને n = 1.72). કાર્બનિક પોલિમર અને અકાર્બનિક ચશ્મા વચ્ચે તેમના મધ્યવર્તી ઓપ્ટિકલ પ્રસરણને કારણે તેઓ ઓલ-પોલિમર ફોટોનિક ઉપકરણો માટે સારા ઉમેદવાર હોઈ શકે છે. HRIP નેનોકોમ્પોઝિટ હાઇબ્રિડ તકનીકો જે કાર્બનિક પોલિમર મેટ્રિક્સને અત્યંત રીફ્રેક્ટિવ અકાર્બનિક નેનોપાર્ટિકલ્સ સાથે જોડે છે તે ઉચ્ચ n મૂલ્યોમાં પરિણમી શકે છે. ઉચ્ચ-n નેનોકોમ્પોઝિટના રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સને અસર કરતા પરિબળોમાં પોલિમર મેટ્રિક્સ, નેનોપાર્ટિકલ્સ અને અકાર્બનિક અને કાર્બનિક ઘટકો વચ્ચેની સંકર તકનીકની લાક્ષણિકતાઓનો સમાવેશ થાય છે. નેનોકોમ્પોઝિટના રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સનો અંદાજ અનુક્રમે નેનોકોમ્પોઝિટ, નેનોપાર્ટિકલ અને ઓર્ગેનિક મેટ્રિક્સના રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ તરીકે, ક્યાં અને ક્યાં લગાવી શકાય છે. અને અનુક્રમે નેનોપાર્ટિકલ્સ અને ઓર્ગેનિક મેટ્રિક્સના કદના અપૂર્ણાંકોનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. ઓપ્ટિકલ એપ્લિકેશન્સ માટે એચ. આર. આઈ. પી. નેનોકોમ્પોઝાઇટ્સની રચના કરવામાં નેનોપાર્ટિકલ લોડ પણ મહત્વપૂર્ણ છે, કારણ કે વધુ પડતી સાંદ્રતા ઓપ્ટિકલ લોસમાં વધારો કરે છે અને નેનોકોમ્પોઝાઇટ્સની પ્રક્રિયાક્ષમતામાં ઘટાડો કરે છે. નેનોપાર્ટિકલ્સની પસંદગી ઘણીવાર તેમના કદ અને સપાટીની લાક્ષણિકતાઓ દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે. ઓપ્ટિકલ પારદર્શિતા વધારવા અને નેનોકોમ્પોઝિટના રેલે સ્કેટરિંગને ઘટાડવા માટે, નેનોપાર્ટિકલનો વ્યાસ 25 એનએમથી ઓછો હોવો જોઈએ. પોલિમર મેટ્રિક્સ સાથે નેનોપાર્ટિકલ્સનું સીધું મિશ્રણ ઘણીવાર નેનોપાર્ટિકલ્સના અનિચ્છનીય એકત્રીકરણમાં પરિણમે છે-તેમની સપાટીમાં ફેરફાર કરીને આ ટાળવામાં આવે છે. HRIP માટે સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા નેનોપાર્ટિકલ્સમાં TiO2 (એનાટેઝ, n = 2.45; રુટાઇલ, n = 2.70), ZrO2 (n = 2.10), આકારહીન સિલિકોન (n = 4.23), PbS (n = 4.20) અને ZnS (n = 2.36) નો સમાવેશ થાય છે. પોલિમાઇડ્સમાં ઉચ્ચ રીફ્રેક્ટિવ અનુક્રમણિકા હોય છે અને તેથી તેનો ઉપયોગ ઘણીવાર ઉચ્ચ-n નેનોપાર્ટિકલ્સ માટે મેટ્રિક્સ તરીકે થાય છે. પરિણામી નેનોકોમ્પોઝાઇટ્સ 1.57 થી 1.99 સુધીનો ટ્યુન કરી શકાય તેવો રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ દર્શાવે છે. એપ્લિકેશન્સ ઇમેજ સેન્સર્સ માઇક્રોલેન્સ એરે એ ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સ, ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન્સ, CMOS ઇમેજ સેન્સર્સ અને ડિસ્પ્લેનો મુખ્ય ઘટક છે. પોલિમર-આધારિત માઇક્રોલેન્સ બનાવવા માટે સરળ છે અને પરંપરાગત કાચ-આધારિત લેન્સ કરતાં વધુ લવચીક છે. પરિણામી ઉપકરણો ઓછી શક્તિનો ઉપયોગ કરે છે, કદમાં નાના હોય છે અને ઉત્પાદન માટે સસ્તા હોય છે. લિથોગ્રાફી એચ. આર. આઈ. પી. નો બીજો ઉપયોગ નિમજ્જન લિથોગ્રાફીમાં છે. 2009 માં તે ફોટોરેસિસ્ટ્સ અને ઉચ્ચ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ પ્રવાહી બંનેનો ઉપયોગ કરીને સર્કિટ ઉત્પાદન માટેની નવી તકનીક હતી. ફોટોરેસિસ્ટનું n મૂલ્ય 1.9 કરતાં વધારે હોવું જરૂરી છે. એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે બિન-એરોમેટિક, સલ્ફર ધરાવતા એચ. આર. આઈ. પી. ઓપ્ટિકલ ફોટોરેસિસ્ટ સિસ્ટમ માટે શ્રેષ્ઠ સામગ્રી છે. એલઇડી પ્રકાશ ઉત્સર્જક ડાયોડ (એલઇડી) એક સામાન્ય સોલિડ-સ્ટેટ પ્રકાશ સ્રોત છે. એલઇડી સામગ્રી (જીએએન, એન = 2.5) અને ઓર્ગેનિક એન્કેપ્સ્યુલન્ટ (ઇપોક્સી અથવા સિલિકોન, એન = 1.5) વચ્ચેના રીફ્રેક્ટિવ સૂચકાંકોના મેળ ન હોવાને કારણે ઉચ્ચ-તેજ એલઇડી (એચબીએલઇડી) ઘણીવાર પ્રમાણમાં ઓછી પ્રકાશ નિષ્કર્ષણ કાર્યક્ષમતા દ્વારા મર્યાદિત હોય છે. કેપ્સ્યુલન્ટ તરીકે એચ. આર. આઈ. પી. નો ઉપયોગ કરીને ઉચ્ચ પ્રકાશ આઉટપુટ પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. આ પણ જુઓ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ રીફ્રેક્ટોમીટર અબે નંબર ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સ પોલરિઝેબિલિટી બાયરેફ્રિન્જન્સ લોરેન્ઝ-લોરેન્ઝ સમીકરણ ડિસ્પર્શન ઓપ્ટિકલ એનિસોટ્રોપી નેનોકોમ્પોઝિટ ઇમેજ સેન્સર નિમજ્જન લિથોગ્રાફી ઓર્ગેનિક લાઇટ ઇમિટિંગ ડાયોડ (OLED) સંદર્ભો વધુ વાંચન ઓપ્ટિકલ સામગ્રી પોલિમર