相信很大一部分大學生都遇到過這樣的一種情況，每次去配眼鏡的時候，業務員都會拿出各種各樣的鏡片給你介紹每個鏡片的折射率參數。那麼高折射率會為我們帶來什麼不一樣的體驗呢？相信配過眼鏡的同學肯定都知道，鏡片的折射率越高，鏡片越薄越輕。
目前市面上通用的高折射率鏡片分為無機玻璃和有機樹脂兩大類。其中無機玻璃的折射率（n）最高可以達到1.9，但是它的缺點在於重量太重，可加工性能差，佩戴該種眼鏡後給鼻子和耳背帶來了極大的負擔。而有機樹脂鏡片具有質地輕盈，可塑性強等特點，通過特殊的處理工藝後，有機樹脂鏡片的折射率可以達到1.5以上，有的甚至可以達到1.74。兩種鏡片給我們帶來最直觀的感受就在於有機樹脂鏡片的重量比無機玻璃輕得多。然而，到目前為止要使有機聚合物材料的折射率超過1.8，同時在可見光範圍內保持完全透明，仍然是一個巨大的挑戰。
基於此，韓國科學技術高等研究院Sung Gap Im、韓國京熙大學Jeewoo Lim和韓國首爾國立大學Kookheon Char提出了一種獨特的一步氣相合成工藝，稱為硫化學氣相沉積(sCVD)，直接利用單質硫（作為高摩爾折射官能團）生成高穩定、超高折射率(n> 1.9)的聚合物（SCPs）。沉積過程中，單質硫與乙烯基單體進行氣相自由基聚合，得到厚度和硫含量可控、折射率高達1.91的聚合物膜。值得注意的是，這種高折射率薄膜在整個可見範圍內顯示了前所未有的光學透明度。
sCVD的整個過程中不需要任何其他溶劑，添加劑或催化劑。此外，該方法可以通過簡單的一步法製備高性能聚合物膜，避免了單質硫直接聚合會產生的不能與有機化合物完全混溶、形成長聚硫鏈（該結構極易於解聚為1,2,3,4,5,6,7,8-八硫雜環辛烷（S8））、混合物的快速玻璃化導致難以加工成型等問題。考慮到當前用於合成高折射率SCPs合成方法均極其複雜，該方法將極大的簡化了SCPs生產難度和周期。而具有前所未有的高折射率的無色有機薄膜將用作未來高端光學設備應用的平臺材料。
圖1 氣相SCPs膜的合成
單質硫的沉積裝置與氣相沉積共聚
該sCVD室由單質硫蒸發元件（底部）、乙烯基共聚單體的氣相傳遞系統組成（中部）和裝有溫度控制單元的襯底組成（頂部）（圖1A）。首先在sCVD腔內蒸發單質硫，沉積過程中，單質硫與氣相傳遞進入的乙烯基單體在具有溫度的襯底上進行自由基聚合，這樣就可以在稱底上得到一層高硫聚合物薄膜。各種類型的乙烯基醚、烯丙基化合物和乙烯基矽烷（圖1C）通常不能與熔融硫進行共聚反應（由於缺乏混溶性）,但是利用sCVD可以直接與單質硫通過一步法成功地進行聚合反應。
圖2 sCVD SCPs薄膜的化學分析
通過sCVD製備SCPs的化學特性
作者利用sCVD成功地製備了一種具有高硫含量和優異光滑性的均質SCPs膜，其中硫以短的、破碎的多硫化物鏈的形式存在，這是一種理想的SCPs結構，可以通過消除八硫雜環辛烷（S8）結構防止聚合物的解聚（這些特徵將sCVD合成的SCPs與液相合成的SCPs明顯區分開來）。另外，具有緊密交聯網絡的sCVD SCPs薄膜即使在空氣環境中儲存2年也沒有表現出明顯的膜形態退化或硫的損失，這可能是由於短的多硫化物鏈長在SCPs中的窄分布。該sCVD SCPs薄膜還對各種常見的有機溶劑（包括水、丙酮、甲苯和正己烷）顯示了良好的耐受性，在每種溶劑中孵育2小時後，未檢測到厚度或折射率的變化（圖3），是長期應用於光學器件的理想材料。
圖3 sCVD SCPs薄膜的環境穩定性
通過sCVD製備SCPs的光學特性
由於硫能形成線性鏈，所以它是化學反應中使用最廣泛的基團。但含硫聚合物（n > 1.7）在可見範圍內顯示出較大的消光係數（例如，最近報導的一種反硫化富硫聚合物，當n > 1.8時，表現出強烈的吸收，可達到約450納米，使材料呈深紅色）。而本文作者製備的sCVD SCPs薄膜在632.8 nm處的折射率高達1.91（圖4B），這是迄今為止在有機聚合物或含多硫化物聚合物中報導的最高值之一，並且sCVD SCP薄膜在整個可見範圍內顯示出極高的透明度（圖4A）。這主要是因為該薄膜中硫含量極高，多硫化物分布均勻和交聯度較高，使sCVD SCPs在HRIPs中獨樹一幟。
圖4 sCVD SCPs的光學特性
全文連結：
https://advances.sciencemag.org/content/6/28/eabb5320
來源：高分子科學前沿
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