? 将激发能传递给A,即S吸收的全部或部分激发能由A产生发射而释放出来,这种现
象叫“敏化发光”,A称为激活剂,S通常被称为A的敏化剂。激活剂吸收能量后,激发态的寿命极短,一般大约仅为10-8s就会自动地回到基态而放出光子,这种发光现象称为荧光。撤去激发源后,荧光立即停止。如果被激发的物质在切断激发源后仍能继续发光,这种发光现象叫磷光。
稀土元素一般都可以产生不同强度和波长的荧光。尤其是Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+等离子能产生较强荧光。但属于f-f禁阻跃迁的三价稀土离子在紫外光区(200~400nm)的吸光系数很小,发光效率低。而有机配体在紫外光区有较强的吸收,当镧系金属离子(Sm3+)与适当的有机配体相结合时,有机配体能有效地将激发态能量通过无辐射跃迁转移给稀土离子的发射态,使稀土离子的荧光性大大地增强。即敏化稀土离子的发光,弥补了稀土离子在紫外-可见光区的吸光数很小的缺陷,这种配体敏化稀土离子发光的效应称为Antenna效应。这是个光吸收—能量传递—发射过程。下图为Antenna效应示意图[1]:
S0配体的基态;S1配体最低激发单重态;T1,T2配体激发三重态;a~f稀土离子能级
图 1-3 Antenna效应示意图
稀土化合物分子内部能量传递的机制,一般可分三步来说明:
A. 先由配体吸收能量后发生跃迁,从基态S0跃迁到最低激发单重态S1,其激发能可以辐射方式回到基态S0(配体荧光),也可以非辐射方式传递给三重态的激发态T1或T2; B. 三重态的激发能也可以辐射方式失去能量,回到基态(磷光),或以非辐射方式将能量转移给稀土离子,稀土离子的几台电子受激发跃迁到激发态;
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C. 处于激发态的稀土离子的能量跃迁方式也有两种方式,以辐射或非辐射方式跃迁到较低能态,再至基态,当以辐射方式从高能态跃迁到较低能态时,发射稀土离子的特征荧光。 配体到稀土离子的能量转移也是有条件的,条件如下: A. 有机配体的发射光谱能覆盖稀土离子的吸收光谱;
B. 有机体配体与稀土离子间的距离小于某一闭值,否则配体本身将以辐射方式放出能量产生配体荧光或磷光。此外,研究表明,若配体最低激发三重态的能级与稀土离子的振动能级相差太大也不利于能量的传递。
影响配体与稀土离子之间能量传递过程的因素主要有三点: A. 配体的光吸收强度和内部弛豫过程;
B. 配体—稀土离子的能量传递效率;T1与T2能级与稀土离子发光能级应有一匹配值,过大过小都不利于能量传递的有效进行;
C. 稀土离子本身的发射效率。对于某指定的稀土离子,可以通过选择适宜的配体(改变1和2两个因素)来提高发光强度。研究表明,当指定稀土离子与某配体所形成的配合物共辘平面越大,结构刚性程度越大,配合物越稳定,可大大降低配合物发光过程的能量损失,发光效率会有所提高。
1.2 硅橡胶介绍及其应用
1.2.1 硅橡胶简介
硅橡胶(Silicone Rubber)是以Si-O单元为主链,以有机基团为侧基的线性聚合物。它是典型的半无机半有机聚合物,既具有无机高分子的耐热性,又具有有机高分子的柔顺性。它的一般结构式为:
图1-4 硅橡胶的结构通式
式中,R,R1,R2为有机基团,如甲基,苯基,乙烯基,三氟丙基等,m,n为聚合度,可以在很宽的范围内变化。其特殊结构赋予硅橡胶很多优异的性能。
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结 构 特 性 1. 键能大:耐热、耐天候性好、化学、物理方面呈惰性 2. 分子间力小:粘度和沸点低、玻璃化转变温度低、表面张力小 3. 螺旋状结构:粘度-温度特性优异、压缩率大 4. 具有离子性:耐热性能优异、遇酸碱会产生解聚作用 表 1-2 硅橡胶的结构与特性
分子结构中的硅氧烷键(Si-0)的键能是106.0kcal/mol,比84.9kcal/ mol的碳-碳键(C-C)键能高得多。这就是硅橡胶与其它有机橡胶相比具有特别突出的稳定性的原因所在,通常,硅橡胶比其它橡胶具有更好的耐热性、耐候性、电绝缘性合化学稳定性等性能[7]。
硅橡胶品种繁多,按各种侧基官能团与硅原子相连方式分类,甲基硅橡胶(原材料生产产品)、甲基乙烯基硅橡胶(综合应用,压缩性能良好)、苯基甲基乙烯基硅橡胶(低温,热辐射稳定性)和三氟丙基甲基乙烯基硅橡胶(化工合成,温度范围-62~191℃)等。按照其硫化方法不同,硅橡胶可分为高温硫化(热硫化)硅橡胶和室温硫化(包括低温硫化)硅橡胶两大类。按照产品形态及配合方式可分为混炼硅橡胶和液体硅橡胶两大类;按照硫化机理可分为自由基交联型、缩合反应型和加成反应型三大类。 1.2.2 硅橡胶的性能
硅橡胶在众多领域得到广泛的应用,得益于其各方面优越的物理化学性能,下表中是其总体物理性能:
表 1-3 硅橡胶的总体物理性能
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它还具有以下方面的特性[7-8]: (1)耐热性、耐寒性
硅橡胶的热老化是与侧链甲基的氧化及主链硅氧烷键的断裂同时进行的。为此,硅橡胶的耐热性是根据不同的评价环境和硅橡胶品级而有很大的差别。硅橡胶的耐热寿命如表2所示:
表 1-4 硅橡胶的估算使用寿命
其耐寒性在合成橡胶中也是最好的,与耐热性相比,耐寒性不受配方及原料的影响。 (2)电气特性
硅橡胶有较高的体积电阻率(1014~1016Ω·㎝),并且在很宽的温度和频率范围内都很稳定。硅橡胶的这种电绝缘性能几乎不受潮气影响,甚至在水中浸渍后也不会降低,因而被广泛用作电绝缘材料。
此外,硅橡胶分子结构中碳原子少,而且不用炭黑作填料,因此在电弧放电时不易发生焦烧,在高压场合使用十分可靠。它的耐电晕性和耐电弧性极好,耐电晕寿命是聚四氟乙烯的1000倍,耐电弧寿命是氟橡胶的20倍。 (3)压缩永久变形
压缩永久变形性是硅橡胶在高、低温条件下作垫圈使用时的重要性能。甲基乙烯基硅橡胶,特别是使用烷基系列过氧化物硫化的制品,具有优良的压缩永久变形性。 (4)特殊的表面性能和生理惰性
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硅橡胶的表面能比大多数有机材料小,具有低吸湿性,长期浸于水中吸水率仅为1%左右,物理性能不下降,防霉性能良好,与许多材料不发生粘合,可起隔离作用。硅橡胶无味、无毒,对人体无不良影响,与机体组织反应轻微,具有优良生理惰性和生理老化性。 (5)高透气性
硅橡胶和其它高分子材料相比,具有良好的透气性,室温下对氮气、氧气和空气的透过量比天然橡胶高30~40倍;此外,对气体渗透具有选择性,如对二氧化碳透过性为氧气的5倍左右。 (6)耐化学腐蚀性
硅橡胶对很多化学试剂具有很好的抵抗能力,但是在低分子碳氢化合物、醚、酯、卤代烃等溶剂中可以溶胀,并且溶剂挥发后仍可恢复原状。在一般温度下硅橡胶的耐油性不如一般橡胶,但是在高温下硅橡胶的耐油性又比一般橡胶好。特种硅橡胶如氟硅橡胶、氰硅橡胶具有很好的耐油耐溶剂性能。 (7)其它性能
硅橡胶还具有许多优良的特性,如:吸振性能、透明性、着色性、不粘性、非腐蚀性、阻燃性、耐弯曲疲劳性以及热传导性。 1.2.3硅橡胶的加工
由于橡胶混炼胶组分十分复杂,至今尚未建立起完整的理论。混炼过程主要是各种配合剂在生胶中混合和分散的过程。
开炼机混炼是橡胶加工工业中最传统的混炼方法,由于其灵活性大,在炼胶的过程中还能较仔细的观察到混合的具体情况,特别适用于小规模、小批量、多品种的生产;大规模的生产则在捏合机或密闭式混炼设备中进行。开炼机混炼可分为三个阶段,即包辊、吃粉和翻炼。混胶时合适的加料顺序有助于混炼胶料的均匀性。若加料顺序不当,轻则影响助剂分散均匀性,重则导致脱辊、过炼,甚至发生焦烧,使操作难以进行下去,胶料性能下降。辊距也有一定的要求,一般以4-8mm为宜。辊距大则导致配合剂分散不均匀。辊距小,辊筒之间的速度梯度就越大,对胶料的剪切作用也就越大,混炼效果和混炼速度就大。但辊距不能过小,否则会使辊筒上面的堆积胶过多,胶料不能及时进入辊缝,反而会降低混炼效果。混炼时间是根据炼胶机转速、速比、混炼容量及操作熟练程度,再通过试验而确定的。在保证混炼质量的前提下,要求采用最短的混炼时间。混炼时间一般为20-30min,
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