高折射率聚合物 (HRIP) 对于制造现代光电设备(包括显示器和光传感器)至关重要。然而，高性能 HRIP 价格昂贵且对环境不利。

最近，早稻田大学的一个研究小组开发了一种新的 HRIP 家族，称为聚硫脲。由于独特的分子间相互作用，这些化合物可以轻松加工成用于光电应用的低成本透明 HRIP，并通过廉价的协议进行降解和回收，使其成为可持续的选择。

光电设备已进入我们日常生活的许多方面，从 OLED 显示器到光电探测器、安全系统和环境监测。在所有应用中，这些设备都利用高折射率聚合物 (HRIP) 来控制光。

一般而言，透明 HRIP 的光学特性可实现高效的光传输和纵，从而使光电器件能够引导和控制光流，以提高其性能。

然而，HRIP 没有低成本的选择可以保证良好的光学性能，同时透明且环保。这是因为，对于大多数材料来说，它们的折射率、透明度和可加工性之间存在固有的权衡。

日本早稻田大学应用化学系 Kenichi Oyaizu 教授领导的研究小组找到了解决这个问题的方法。研究人员在《先进功能材料》上发表的文章中报告了一种新型芳香族 HRIP，其特性使其成为现代光电应用的完美候选者。

本文由早稻田大学科学与工程研究所的 Seigo Watanabe 以及德国慕尼黑工业大学生物功能材料系主任 Luca M. Cavinato 和 Rubén D. Costa 共同撰写。

所提出的化合物家族被称为聚(硫脲)(PTU)，聚合物(单体)的每个重复单元都包含一个与硫脲基团连接的简单芳环(H 2 N−C(=S)−NH 2)。这些 PTU 具有特殊的特性：不同聚合物链中的硫脲单元通过氢键相互吸引，这是一种分子间相互作用。

简而言之，由于局部电荷差异，硫脲基团中的硫 (S) 原子会吸引另一个硫脲基团中与氮 (N) 连接的氢 (H) 原子。

这些所谓的“可极化氢键”使 PTU 材料紧密堆积，形成致密的网络。由于聚合物是无定形的并且没有晶序，因此它具有高度透明性。同时，芳环充当间隔基，提供一定的刚性和机械强度，并有助于提高折射率。

研究团队仔细分析了这些PTU的特性，并通过将其整合到实验光电元件中展示了它们的潜力，取得了显着的成果。更具体地说，所提出的 PTU 表现出超过 92% 的高透明度和 1.81 的优异折射率。

值得注意的是，该团队还研究了 PTU 是否可以轻松降解为更简单的有用分子。

“由于最近由塑料废物引起的环境问题，聚合物降解为单体成为实现可持续回收的一个重要功能。据我们所知，极少有尝试赋予 HRIP 可降解性，也很少有可降解的系统设计。尽管全球有如此大的需求，但 HRIP 尚未得到报道，”Oyaizu 教授说。

他们的努力导致了一种简单的降解方案，涉及温和的加热条件并与二胺混合，这足以将 PTU 分解成更小的碎片，这些碎片可以重新加工或重新用于新 PTU 的化学合成。

总体而言，这项研究的结果在更大的可持续性背景下对光电材料和器件的未来非常有希望。

Oyaizu 教授总结道：“基于这些发现，环保光学材料可以通过简单的工艺轻松制备，从而实现可持续的光电子产品，例如低成本的明亮显示器、可穿戴照明设备以及更薄、更轻和可降解的聚合物透视 。”

“我相信这是全面设计下一代光电聚合物的第一步，该聚合物可以在不损害环境的情况下提供高光提取效率。”