相信很大一部分大學(xué)生都遇到過這樣的一種情況，每次去配眼鏡的時候，業(yè)務(wù)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(shù)。那么高折射率會為我們帶來什么不一樣的體驗(yàn)?zāi)?？相信配過眼鏡的同學(xué)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(jī)玻璃和有機(jī)樹脂兩大類。其中無機(jī)玻璃的折射率（n）最高可以達(dá)到1.9，但是它的缺點(diǎn)在于重量太重，可加工性能差，佩戴該種眼鏡后給鼻子和耳背帶來了極大的負(fù)擔(dān)。而有機(jī)樹脂鏡片具有質(zhì)地輕盈，可塑性強(qiáng)等特點(diǎn)，通過特殊的處理工藝后，有機(jī)樹脂鏡片的折射率可以達(dá)到1.5以上，有的甚至可以達(dá)到1.74。兩種鏡片給我們帶來最直觀的感受就在于有機(jī)樹脂鏡片的重量比無機(jī)玻璃輕得多。然而，到目前為止要使有機(jī)聚合物材料的折射率超過1.8，同時在可見光范圍內(nèi)保持完全透明，仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。
基于此，韓國科學(xué)技術(shù)高等研究院Sung Gap?Im、韓國京熙大學(xué)Jeewoo?Lim和韓國首爾國立大學(xué)Kookheon?Char提出了一種獨(dú)特的一步氣相合成工藝，稱為硫化學(xué)氣相沉積(sCVD)，直接利用單質(zhì)硫（作為高摩爾折射官能團(tuán)）生成高穩(wěn)定、超高折射率(n> 1.9)的聚合物（SCPs）。沉積過程中，單質(zhì)硫與乙烯基單體進(jìn)行氣相自由基聚合，得到厚度和硫含量可控、折射率高達(dá)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范圍內(nèi)顯示了前所未有的光學(xué)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制備高性能聚合物膜，避免了單質(zhì)硫直接聚合會產(chǎn)生的不能與有機(jī)化合物完全混溶、形成長聚硫鏈（該結(jié)構(gòu)極易于解聚為1,2,3,4,5,6,7,8-八硫雜環(huán)辛烷（S8））、混合物的快速玻璃化導(dǎo)致難以加工成型等問題?？紤]到當(dāng)前用于合成高折射率SCPs合成方法均極其復(fù)雜，該方法將極大的簡化了SCPs生產(chǎn)難度和周期。而具有前所未有的高折射率的無色有機(jī)薄膜將用作未來高端光學(xué)設(shè)備應(yīng)用的平臺材料。
單質(zhì)硫的沉積裝置與氣相沉積共聚
該sCVD室由單質(zhì)硫蒸發(fā)元件（底部）、乙烯基共聚單體的氣相傳遞系統(tǒng)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(nèi)蒸發(fā)單質(zhì)硫，沉積過程中，單質(zhì)硫與氣相傳遞進(jìn)入的乙烯基單體在具有溫度的襯底上進(jìn)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硅烷（圖1C）通常不能與熔融硫進(jìn)行共聚反應(yīng)（由于缺乏混溶性）,但是利用sCVD可以直接與單質(zhì)硫通過一步法成功地進(jìn)行聚合反應(yīng)。
通過sCVD制備SCPs的化學(xué)特性
作者利用sCVD成功地制備了一種具有高硫含量和優(yōu)異光滑性的均質(zhì)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(jié)構(gòu)，可以通過消除八硫雜環(huán)辛烷（S8）結(jié)構(gòu)防止聚合物的解聚（這些特征將sCVD合成的SCPs與液相合成的SCPs明顯區(qū)分開來）。另外，具有緊密交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的sCVD SCPs薄膜即使在空氣環(huán)境中儲存2年也沒有表現(xiàn)出明顯的膜形態(tài)退化或硫的損失，這可能是由于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(jī)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小時后，未檢測到厚度或折射率的變化（圖3），是長期應(yīng)用于光學(xué)器件的理想材料。
通過sCVD制備SCPs的光學(xué)特性
由于硫能形成線性鏈，所以它是化學(xué)反應(yīng)中使用最廣泛的基團(tuán)。但含硫聚合物（n > 1.7）在可見范圍內(nèi)顯示出較大的消光系數(shù)（例如，最近報道的一種反硫化富硫聚合物，當(dāng)n > 1.8時，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的吸收，可達(dá)到約450納米，使材料呈深紅色）。而本文作者制備的sCVD SCPs薄膜在632.8 nm處的折射率高達(dá)1.91（圖4B），這是迄今為止在有機(jī)聚合物或含多硫化物聚合物中報道的最高值之一，并且sCVD SCP薄膜在整個可見范圍內(nèi)顯示出極高的透明度（圖4A）。這主要是因?yàn)樵摫∧ぶ辛蚝繕O高，多硫化物分布均勻和交聯(lián)度較高，使sCVD SCPs在HRIPs中獨(dú)樹一幟。
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