全息光聚合物的光聚合反應(yīng)、結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、全息光聚合物不僅能夠同時記錄相干光波的振幅信息和相位信息，而且還具有信息存儲容量高、讀取速度快的特性，因此是實現(xiàn)三維信息永久存儲的關(guān)鍵載體。一般地，全息光聚合物的制備過程和全息性能可通過調(diào)控激光全息光聚合反應(yīng)進行瞬時控制和空間調(diào)控，其核心問題和難點是如何在快速全息記錄條件下控制全息光聚合反應(yīng)動力學和凝膠化行為，以提高單體擴散以及功能組分與聚合物的相分離，進而獲得高性能全息光聚合物材料。
　　本文首先提出了一個全新的科學概念“光引發(fā)

2、-阻聚劑”。在可見光光照下，它同時產(chǎn)生具有引發(fā)聚合和阻聚功能的兩種自由基，其中氨基亞甲基自由基引發(fā)光聚合反應(yīng)，而羰基自由基則在一定程度上終止鏈增長反應(yīng)。羰基自由基的阻聚作用顯著延遲了光聚合凝膠時間，擴大了相干亮區(qū)和相干暗區(qū)之間凝膠時間的差別，因此促進了單體/液晶復合體系的光聚合相分離程度，將全息聚合物分散液晶(HPDLCs)光柵的衍射效率提高了9.0倍?；诠庖l(fā)-阻聚劑的光聚合動力學和相分離研究，證實了HPDLCs光柵形成機理，解決了

3、快速全息記錄下、體系相分離程度難以提高的難題，為制備可逆響應(yīng)的高性能光聚合物材料提供一種簡單、有效和經(jīng)濟的全新途徑。同時也改變了光聚合領(lǐng)域中染料自由基不利于光聚合反應(yīng)、需要通過氧化或者溴化方式予以清除的傳統(tǒng)觀念。光引發(fā)-阻聚劑與兩步全息圖像存儲技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)了20×20mm2和70×80mm2的三維彩色全息存儲與讀取，在3D顯示、立體廣告和高端防偽等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價值。
　　其次，在單體/液晶復合體系中引入低粘度的超支化單體，結(jié)

4、合光引發(fā)-阻聚劑延遲光聚合凝膠化過程的作用，進一步促進單體和液晶的擴散，強化液晶與交聯(lián)聚合物之間的相分離。當體系中混合單體平均官能團數(shù)從1.5增加到5.9時，單體最終轉(zhuǎn)化率降低，光聚合速率先增加后降低，HPDLCs全息光柵衍射效率從0增加到94％，突破了平均官能團數(shù)高于4.0時、HPDLC光柵衍射效率低于50％的極限。當混合單體的平均官能團數(shù)為4.4時，形成了衍射效率高(97％)的HPDLC一維光子晶體，這種結(jié)構(gòu)規(guī)整、界面清晰、分布均勻

5、、寬度為273±48nm的液晶帶在激光調(diào)制和顯示領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　隨后，在光引發(fā)-阻聚劑和超支化單體的基礎(chǔ)上，引入三種官能團不同的多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)，制備了有機-無機雜化全息光聚合物。研究表明，八雙鍵 POSS由于粘度大、反應(yīng)活性位點多，明顯降低了體系的光聚合速率、單體轉(zhuǎn)化率及全息光柵衍射效率；單雙鍵POSS對光聚合動力學的影響規(guī)律復雜，但保持了較高的光柵衍射效率；單氨基POSS顯著提高了單體/液晶復合體

6、系的光聚合速率和單體轉(zhuǎn)化率，也提升了HPDLCs的衍射效率。當體系中Si含量相當時，單氨基POSS對提高光聚合速率、單體轉(zhuǎn)化率、HPDLCs光柵衍射效率、玻璃化溫度和熱分解溫度的貢獻最大，形成的全息光柵衍射效率高(97％)、對比度大(CR=20.0)、電場響應(yīng)快(on=1.5 ms，of=3.0 ms)，有望在顯示和全息投影等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
　　最后，通過thiol-Michael陰離子聚合和thiol-ene自由基聚合的two-

7、stage正交點擊化學，調(diào)控thiol與碳碳雙鍵的官能團數(shù)比，并引入新型高折射率單體，制備了玻璃化溫度和橡膠態(tài)儲能模量可調(diào)、感光靈敏度高(2.3cm/mJ)、衍射效率高(82％)和角度選擇性窄(1.50)的固態(tài)自支撐全息光聚合材料。并結(jié)合柱面透鏡技術(shù)，制備了透射型梯度彩虹全息圖。這種固態(tài)全息光聚合物的制備方法摒棄了傳統(tǒng)溶劑法的缺點，具有環(huán)境友好、感光靈敏度高、抗氧阻聚和無光散射的特性，在數(shù)據(jù)存儲、高端防偽等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值和前景，