刘杰同学在偏光全息存储材料研究中取得新进展
传统光致聚合物全息存储材料的偏振全息光学性能较低，这也极大限制了其在全息数据存储中的应用。刘杰等人通过结合自由基聚合和超分子化学技术，将还原氧化石墨烯（RGO）分散在 N- 甲基吡咯烷酮（NMP）中，把 RGO 引入到菲醒掺杂聚甲基丙烯酸甲酯（PQ/PMMA）光致聚合物当中，制备了新型高分子聚合物 RGO-PMMA/PQ 偏光全息存储材料。 |
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| 图1. RGO 与 (a) 未分级、(b) 5 μm、(c) 10 μm、(d) 15 μm、(e) 20 μm、(f) 25 μm、 (g) 30 μm的粒径统计结果。红色曲线表示每个样本的高斯拟合变化 |
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| 图2. (a) 不同尺寸 RGO-PMMA/PQ 和 PQ/PMMA 材料随时间变化的偏振全息衍射效率。 (b) 不同尺寸 RGO-PQ/PMMA 聚合物的光敏性和衍射效率 |
在实验中，我们报告了一种方法，可将 RGO 纳米片进行精确的尺寸分级，如图1 所示。实验发现 20um 尺寸 RGO 掺杂的 PQ/PMMA 光致聚合物的偏振衍射效率可达 11.4% 以上（比原 PQ/PMMA 高 3.5 倍以上），光敏性显著提高 4.6 倍，如图2(a) 和 (b) 所示。同时，分析了 RGO-PMMA/PQ 材料的布拉格角偏移量，发现材料旋转 10° 相应的布拉格角 0 级衍射峰中心点仅仅偏移了 0.01°，计算得到其光致收缩仅为 0.1%，结果如图3 所示。 |
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| 图3. RGO-PMMA/PQ 和 PQ/PMMA 材料的布拉格角偏移量 |
此外，通过各种表征手段进一步分析表明，RGO 纳米片不仅会诱导聚合物聚合使在其表面发生嫁接，通过调控 PMMA 聚合物分子量实现全息光学性能的提升，而且 RGO 纳米片表面可吸附大量光敏剂在聚合物周围发生聚集，从而促进光反应过程提高 PQ/PMMA 光产物的形成，进而提高光致聚合物材料的全息特性。如图4(a) 所示，测试了 RGO 纳米片本身带来的光吸收特性，不同掺量的 RGO-PMMA/PQ 光聚合物的吸收光谱与 PQ/PMMA 光聚合物的吸收光谱有很好的重叠，表明 RGO 的引入不影响 PQ/PMMA 光聚合物的光谱吸收。从图4(b) 可以观察到不同尺寸 RGO 掺杂聚合物材料的重均分子量材料的全息性能具有正相关性，从而清晰表明了 RGO 调控材料全息性能的微观机理。 |
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| 图4. (a) 不同尺寸 RGO-PMMA/PQ 和 PQ/PMMA 材料的紫外—可见吸收光谱。插图是 波长在 520 nm 和 540 nm 之间的紫外—可见吸收光谱。 (b) 不同尺寸 RGO-PMMA 的 GPC 洗脱曲线、重量平均分子量 (Mw)、数量平均分子量 (Mn) 和多分散性指数 (PDI) |
综合以上研究结果，刘杰等人首次提出通过引入 RGO 纳米片实现了对 PQ/PMMA 光致聚合物偏振衍射效率和感光灵敏度的显著提升，并对 RGO 纳米片进行了精确的尺寸分级，RGO 纳米片尺寸效应可对 PQ/PMMA 光致聚合物全息性能进行有效调控，同时 RGO 纳米片的引入大大降低了材料的光致收缩，实现了快速高保真的全息数据存储，并首次构建了 RGO-PMMA/PQ 光致聚合物热聚合和光反应的微观机理，结果图5 所示。 |
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| 图5. 自由基聚合制备 RGO-PMMA/PQ 的示意图 |
上述研究成果以“Enhanced Polarization Properties of Holographic Storage Materials Based on RGO Size Effect”为题，整理发表在期刊杂志 Molecules 2024, 29(1), 214 上。 论文的相关链接：https://doi.org/10.3390/molecules29010214 |
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(2024.01.02)
