通过反向硫化制备的红外透明聚合物材料是构建红外光学关键器件的新型材料，是一种很有希望替代无机材料的候选材料。然而，由于有机材料固有的红外吸收，反向硫化聚合物的红外光学性能和热性能很难实现平衡。 近日，深圳大学化学与环境工程学院徐坚教授/朱才镇教授/田雷副教授/王明良研究员课题组提出一种新策略：该策略是构建一种高沸点对称分子降冰片二烯衍生物交联剂（DMMD），进而与熔融硫磺进行温度匹配（160 ℃）的反向硫化。DMMD保留了结构对称的低偶极矩刚性有机核心，将高活性双键从刚性环上转移通过红外活性较低的含硫杂环。制备的聚合物Poly(S-r-DMMD)表现出可调的热性能（Tg：98.3-119.8 ℃）和高红外透过率（中波红外区（MWIR）：42.9-52.6 %；长波红外区（LWIR）：1.5-5.29 %）。 Poly(S-r-DMMD)可通过简单的热压工艺制备用于红外成像的红外窗口片和大尺寸自支撑菲涅尔透镜，为红外精细透镜的设计和生产提供了灵活性。本研究为平衡红外透明聚合物材料的热性能和光学性能提供了一种新策略，同时也为平衡聚合物材料的红外光学和热性能提供了相关参考。
图1 研究发现，含硫量最高的Poly(S-r-DMMD30)窗口片（厚度：1 mm）在MWIR和LWIR区域的红外透射率最高，分别达到52.67 %和5.29 %。特别是在MWIR区域，Poly(S-r-DMMD) 窗口的红外透射率与无机窗口（Ge：LWIR：43.13 %，MWIR：45.36 %）相当甚至更高。与报道的同类型的脂环族交联剂相比，Poly(S-r-DMMD30)表现出优异的综合性能，所制备的聚合物在中红外区域实现了最高的Tg和红外透过率。（图1） 图2 通过红外成像实验评估了Poly(S-r-DMMD)窗口在红外光学领域的潜在应用。使用不同精度的 PMMA 掩模进行实验。观察到 Poly(S-r-DMMD) 窗口在 LWIR和MWIR 区域均表现出良好的透明度，不同含硫量的聚合物窗口可以在高/低精度掩模下获得相对清晰的图像。（图2） 图3 此外，还研究了将聚（S-r-DMMD）塑料光学元件加工成更易于制造的多功能透镜的可行性。通过热压制造的大型自支撑红外线性菲涅耳透镜（直径2 cm）的LWIR成像表明，制备的红外菲涅耳透镜具有明显的聚焦放大效应，字体大小增加了约15%，进一步强调了该材料的热机械性能和制造可加工性的重要性。同时，该研究为利用反相硫化聚合物制备红外光学器件的新型候选红外光学透镜提供了有价值的见解。（图3） 论文信息 Sulfur-Rich Norbornadiene-Derived Infrared Transparent Polymers by Inverse Vulcanization Yishun Wuliu, Weiliang Dong, Guohua Huang, Hui Xie, Pingping Yao, Jiji Tan, Kexin Mu, Zhili Zhang, Yinan Chen, Mingliang Wang, Prof. Lei Tian, Caizhen Zhu, Jian Xu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202419446
