2022ニュース


胡坡同学在全息存储材料研究中取得新进展


  光致聚合物全息存储材料的性能不足,是制约全息存储技术应用的关键。胡坡等人通过结合自由基聚合和超分子化学技术,把富勒烯(C60)引入到菲醌掺杂聚甲基丙烯酸甲酯(PQ/PMMA)光聚合物当中,制备了新型纳米粒子共混聚合物C60-PQ/PMMA。
  实验发现C60可以显著提高PQ/PMMA光聚合物的强度全息衍射效率和感光灵敏度(信号和参考相干光垂直于入射面偏振,即SS),但它降低了PQ/PMMA光致聚合物的偏振灵敏度,导致正交偏振全息性能显著减弱(信号和参考相干光束分别垂直于入射面和平行于入射面偏振,即SP),如图1(a)和(b)所示。

图1 (a) 不同C60掺杂浓度的强度全息衍射效率(红线)和光灵敏度(黄色柱)。(b) 不同偏光夹角条件下PQ/PMMA和C60-PQ/PMMA (1×10-3 wt%)光致聚合物的衍射效率和相应的相对变化率(灰色柱)。信号(红色)和参考(绿色)的偏振方向,以及相应参考光束中s-pol与p-pol的强度比

  如图2(a-d)所示,通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和凝胶色谱(GPC)分析测试发现,C60即不参与MMA的热聚合过程,也不会与光敏剂PQ分子在激光照射下直接产生化学反应,同时C60的加入对PQ/PMMA材料在532 nm以上波长的光吸收也没有较大影响。然而,拉曼光谱(Raman)分析表明,C60与PQ之间存在较强的π-π相互作用。

图2 (a) 紫外可见吸收光谱。(b) 傅里叶变换红外光谱。(c) 凝胶渗透色谱。(d) 拉曼光谱

  此外,如图3(a)所示,通过核磁共振波谱13C分析测试发现,C60与PQ之间的π-π相互作用在材料热聚合反应和光反应的整个过程当中一直存在。并且,在PMMA聚合物环境当中,这种相互作用相比于只有C60和PQ存在时明显增强,在PQ与PMMA发生光反应之后,该相互作用稍有降低。结合相位延迟度的测试发现,由于C60与PQ之间强烈的π-π相互作用,PQ分子的在偏振光照射下的偏转将会受到限制,进一步影响了C60-PQ/PMMA材料的光致双折射,从而导致C60-PQ/PMMA材料的相位延迟度比PQ/PMMA发生明显的降低(~49%,532 nm)。

图3 (a) 核磁共振13C谱。(b) 相位延迟度

  同时,分析了C60-PQ/PMMA材料的布拉格角偏移量,发现材料旋转5°相应的布拉格角0级衍射峰中心点仅仅偏移了0.005°,计算得到其光致收缩仅为0.1%,结果如图4(a)所示。根据布拉格角主峰的宽度,尝试了多角度复用的光栅记录实验,实现了高达321个可分辨光栅的全息记录,结果如图4(b)所示。

图4 (a) 0.5 mm厚C60-PQ/PMMA材料的布拉格角偏移量。(b) 1.5 mm厚C60-PQ/PMMA材料的角度复用结果。(c) 白光照射下1.5 mm厚C60-PQ/PMMA材料的光栅衍射

  综合以上研究结果,本工作首次提出了C60对PQ/PMMA光致聚合物偏振灵敏度影响的微观物理机制,并首次构建了PQ光敏剂取向与PQ/PMMA光致聚合物偏振灵敏度之间的结构-性能关系,结果图5所示。



图5 C60-PQ/PMMA材料的光反应过程的微观机理图

  相关成果以“Impact of Fullerene on the Holographic Properties of PQ/PMMA Photopolymer”为题目被国际权威期刊《Composites Science and Technology》(一区Top,IF=8.528)接收。发表在Composites Science and Technology, Vol.221, 109335 (2022)上。陈宇昕同学作为共同第一作者参与了部分研究工作。
  论文的相关链接:https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109335



(2022.02.09)



This Page was written by Information Photonics Research Center (yhren@fjnu.edu.cn); at Feb. 16, 2022.