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(shí)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(chǔ)容量高、讀取速度快的特性，因此是實(shí)現(xiàn)三維信息永久存儲(chǔ)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(jìn)行瞬時(shí)控制和空間調(diào)控，其核心問題和難點(diǎn)是如何在快速全息記錄條件下控制全息光聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和凝膠化行為，以提高單體擴(kuò)散以及功能組分與聚合物的相分離，進(jìn)而獲得高性能全息光聚合物材料。
　　本文首先提出了一個(gè)全新的科學(xué)概念“光引發(fā)

2、-阻聚劑”。在可見光光照下，它同時(shí)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(shí)間，擴(kuò)大了相干亮區(qū)和相干暗區(qū)之間凝膠時(shí)間的差別，因此促進(jìn)了單體/液晶復(fù)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。基于光引發(fā)-阻聚劑的光聚合動(dòng)力學(xué)和相分離研究，證實(shí)了HPDLCs光柵形成機(jī)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(jì)的全新途徑。同時(shí)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(chǔ)技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了20×20mm2和70×80mm2的三維彩色全息存儲(chǔ)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(jià)值。
　　其次，在單體/液晶復(fù)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(jìn)一步促進(jìn)單體和液晶的擴(kuò)散，強(qiáng)化液晶與交聯(lián)聚合物之間的相分離。當(dāng)體系中混合單體平均官能團(tuán)數(shù)從1.5增加到5.9時(shí)，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(tuán)數(shù)高于4.0時(shí)、HPDLC光柵衍射效率低于50％的極限。當(dāng)混合單體的平均官能團(tuán)數(shù)為4.4時(shí)，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(tuán)不同的多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)，制備了有機(jī)-無機(jī)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(diǎn)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(dòng)力學(xué)的影響規(guī)律復(fù)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(fù)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(dāng)體系中Si含量相當(dāng)時(shí)，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(xiàn)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(diǎn)擊化學(xué)，調(diào)控thiol與碳碳雙鍵的官能團(tuán)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(chǔ)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(diǎn)，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(chǔ)、高端防偽等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和前景，