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新型全息高分子材料有哪些

2022-04-21

  全息高分子材料已在全息光学元件、三维图像存储、高密度数据存储、全息显示、传感器、可电调激光器等领域获得了广泛应用。提高全息高分子材料的折射率调制度、感光灵敏度、存储稳定性等性能一直是人们关注的重点,赋予全息高分子材料多功能性也是重要的发展方向。为实现全息高分子材料的高性能化和多功能化,人们设计、开发了多种新型全息高分子材料,如含枝状高分子的全息高分子材料、全息高分子离子液体复合材料、全息高分子/锂盐复合材料、基于二炔的全息高分子材料、基于杜瓦苯的全息高分子材料和基于光致异构分子的全息高分子材料,下面分别进行简要介绍。

  含枝状高分子的全息高分子材料

  与线型高分子相比,枝状高分子具有溶解度高、黏度低、末端官能团丰富和自由体积大等优点,受到人们的广泛关注,已应用于涂料、药物载体等领域。枝状高分子分为树枝状高分子和超支化高分子。树枝状高分子结构规整,但合成成本高昂,难以大批量生产。超支化高分子的枝状结构不如树枝状高分子规整,但合成、制备相对简单,便于工业化生产。由于超支化高分子具有独特的分子结构,应用于全息高分子材料具有明显优势。一方面,添加适量的超支化高分子有利于抑制光聚合过程中的体积收缩。另一方面,超支化高分子体系的黏度低,有利于全息记录过程中各组分的扩散和相分离。

  日本电气通讯大学Tomita等合成了超支化聚甲基丙烯酸乙酯(HPEMA)和超支化聚苯乙烯(HPS)。为避免HPEMA和HPS在全息记录过程中参与光聚合反应,采用三丁基氢化锡对它们的末端双键进行还原反应处理。HPEMA和HPS的折射率分别为1.51和1.61,因此按照折射率调制度最大化的原则,分别将低折射率的HPEMA与高折射率的丙烯酸酯单体,聚合前后折射率分别为1.55和1.59]、高折射率的HPS与低折射率丙烯酸酯单体,聚合前后的折射率分别为1.50和1.53]进行复配,制备了全息高分子材料,HPEMA体系和HPS体系的折射率调制度(n1)分别达0.007和0.005。

  由于HPEMA和HPS与丙烯酸树脂的折射率差值有限,且末端的双键难以完全被还原,全息记录过程中的相分离受到影响,导致材料的性能未能达到预期。为解决上述问题,Tomita等设计、合成了一种不含光聚合反应基团的超支化高分子HRIHP。由于含有大量的三嗪和芳环结构,HRIHP的折射率高达1.82。将HRIHP与丙烯酸四氢糠基酯、N-乙烯基吡咯烷酮、双季戊四醇六丙烯酸酯及光引发剂Irgacure 784混合均匀,制得全息高分子材料。含HRIHP的全息高分子材料具有较高的折射率调制度,达0.022,明显高于HPEMA和HPS体系,也优于全息高分子/SiO2纳米粒子复合材料。

  韩国科学技术院Park等设计了结构末端为羟基的树枝状高分子,然后分别与甲基丙烯酰氯或10-十一烯酰氯反应,合成了末端分别为甲基丙烯酸酯基和10-十一烯基的树枝状高分子(分别简称为H30-MA和H30-UA)。分别将H30-MA和H30-UA与丙烯酰胺单体、N,N-二甲基乙酰胺(作为增塑剂)、Irgacure 784(光引发剂)和甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸共聚物混合均匀,制备了含树枝状高分子的全息高分子材料。与纯丙烯酰胺单体体系相比,引入树枝状高分子可以提高全息高分子材料的衍射效率和折射率调制度,并抑制光聚合过程中的体积收缩。

  文章内容引用自专业教材,以便高分子科学工程、光学工程等领域的科技工作者作研究参考,未经本书原作者的许可,任何第三方不得复制或者转载本文内容。