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采用密度泛函理论与分子动力学对聚甲基丙烯酸甲酯双折射性的理论计算
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O632.52[理学—高分子化学;理学—化学]
  • 作者机构:南京邮电大学光电工程学院,南京210023
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:61575096); 江苏省基础研究计划(批准号:BK20131383)资助的课题
中文摘要:

双折射性是各种光学材料的重要性能之一,具有高双折射率的光学材料在诸多研究及工业领域的应用越来越广泛.然而,作为常用的光学薄膜及光波导材料之一的聚合物材料的双折射性通常却很弱,只能通过实验对其双折射率进行大致的表征,缺乏对其双折射率的系统性理论计算,从而限制了提高聚合物双折射性的研究.本文建立了从聚合物的单体分子结构到多分子链的系统性的双折射率理论计算方法,并借助此方法研究了导致聚合物弱双折射性的限制因素.以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为研究对象,运用密度泛函理论研究了其本征双折射率,这里的本征双折射率是指分子链完全取向时其单体单元的双折射率.计算结果表明其本征双折射率高达0.0738左右,并且通过计算给出了PMMA单体单元的平均双折射率色散曲线.采用分子动力学方法研究了该聚合物(包含20个分子链)的材料双折射率.理论计算结果表明,尽管该聚合物具有较大的本征双折射率,但是由于聚合物中分子链取向度极低,聚合物材料最终表现出来的双折射率只有0.00052.本文建立的研究方法及研究结果为研究增强聚合物材料双折射性提供了理论依据.

英文摘要:

The birefringence is one of the most important properties of all kinds of optical materials. and is widely used in many basic researches and industrial fields. By utilizing high birefringent materials or waveguides, a variety of unique and interesting optical features or functions can be achieved, such as in manipulating the polarization of an optical beam in a miniaturized way and providing the organic electro-luminescence display. Crystals, liquid crystals, semiconductor,silicon, ferroelectric material and polymer can exhibit their birefringences. While polymer materials are commonly used to fabricate optical films and waveguides, most polymer materials show relatively weak birefringences, and thus they are restricted in realizing novel functional photonics devices. In the past, such a weak birefringence has been roughly characterized in experiment. There is a lack of systematic method to theoretically calculate the birefringences of polymer materials, especially at a molecular level. This restricts the research on enhancing the birefringences of polymer materials.To study the birefringences in fluorinated polymers and find the way to enhance them, the origin of the birefringence in fluorinated polymer should be investigated in depth and the birefringence should be exactly calculated. In this paper,a theoretical method is established to calculate the birefringence of polymer systematically from the monomer unit to the molecular chain. Based on this method, the limiting factor that leads to a weak birefringence in polymer material is investigated. Taking the polymethyl methacrylate(PMMA) for example, the density functional theory(DFT) is first used to study the intrinsic birefringence of PMMA, where the intrinsic birefringence value is indeed the birefringence of the monomer unit and is also a maximum birefringence of the polymer material when the molecular chains are fully oriented. In the DFT, a stable structure of the PMMA monomer unit is constructed, and the intrinsic birefringence of this PMMA monom

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876