專利名稱：摻雜納米二氧化硅的光致聚合物全息材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光全息存儲，特別是一種摻雜由氨基修飾的水溶性納米二氧化硅顆粒
的光致聚合物全息記錄材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
高密度數(shù)字全息存儲與磁存儲和磁光存儲等傳統(tǒng)存儲方式相比具有冗余度高、 存儲密度高、存儲容量大、數(shù)據(jù)傳輸率高和存取時間短，以及可并行尋址等優(yōu)點，而成為當(dāng) 前海量信息存儲技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。2000年以來，世界著名企業(yè)如美國的InPhase、日本 的Optware、英國的Polight等公司以及其它一些科研機(jī)構(gòu)都在從事數(shù)字全息存儲技術(shù)的 研究。從最新的研究結(jié)果可以看出，影響高密度數(shù)字全息存儲實用化的主要原因是缺少理 想的干法在線高密度全息存儲材料。傳統(tǒng)的干法在線高密度全息存儲材料為LiNb03等光 折變晶體，這些晶體一方面生長條件苛刻、工藝復(fù)雜、成本高；另一方面是不容易生長成大 體積晶體特別是難生長成為尺寸較大的盤狀晶體。因此盡管其存儲密度很高，但單件存儲 晶體很難實現(xiàn)其它存儲技術(shù)所擁有的超大容量的優(yōu)點；同時這類介質(zhì)的曝光靈敏度很低， 很難實現(xiàn)超高的傳輸速率，這與現(xiàn)有的高傳輸速率的數(shù)字化設(shè)備不相匹配。與傳統(tǒng)的光折 變晶體相比，光致聚合物材料具有衍射效率高、曝光靈敏度高、制作工藝簡單、成本低廉等 特點，更重要的是容易制作大尺寸的盤狀樣品，更適合作盤狀數(shù)字全息存儲介質(zhì)，因此成為 數(shù)字化全息存儲介質(zhì)研究領(lǐng)域中最有希望的一類材料。 折射率調(diào)制度和空間穩(wěn)定性是評價光致聚合物材料性能的兩個主要參數(shù)。大的折 射率調(diào)制度可以提高材料的存儲密度，高的空間穩(wěn)定性可以減小材料的縮皺。近幾年來，光 致聚合物材料發(fā)展迅速，但現(xiàn)有的光致聚合物材料仍然不能同時滿足大的折射率調(diào)制度和 高的空間穩(wěn)定性的要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有材料的不足，本發(fā)明提供了一種摻雜水溶性納米二氧化硅粒子的光致聚 合物材料的制備方法。這種材料同時具有大的折射率調(diào)制度和高的空間穩(wěn)定性，且其衍射 效率最高可達(dá)到93%。 本發(fā)明的摻雜由水溶性納米二氧化硅粒子的光致聚合物材料是一種光聚物薄膜， 它的組分包括44% 49% (wt)的聚乙烯醇，13% 15% (wt)的丙烯酰胺，3% 5% (wt) 的N， N:亞甲基雙丙烯酰胺，29X 33% (wt)的三乙醇胺，0. 07% 0. 08% (wt)的亞甲 基藍(lán)和0 10% (wt)的納米二氧化硅顆粒子。
該材料的具體制備過程如下
①按質(zhì)量百分比稱取各原料； ②在溫度為20 25t:、相對濕度40 60%的環(huán)境下，將聚乙烯醇加入去離子水 中，并將其加熱至80 °C ，同時使用磁力攪拌器攪拌促進(jìn)使其溶解。最后，得到8wt %的聚乙 烯醇水溶液；
3
③將N， N' _亞甲基雙丙烯酰胺溶解于去離子水，加熱至6(TC，攪拌使其溶解后再 冷卻至室溫，加入納米二氧化硅粒子，在4(TC水溫下經(jīng)超聲震蕩，使其均勻分散在溶液中， 再加入丙烯酰胺攪拌均勻； ④向第③步制備的混合溶液中加入三乙醇胺攪拌均勻，將所得溶液加入第②步制 備的聚乙烯醇水溶液并充分?jǐn)嚢瑁?⑤在暗室環(huán)境下將亞甲基藍(lán)加入到第④步制備的溶液中，充分?jǐn)嚢韬蟮玫焦饩畚?溶膠； ⑥將第⑤步制備的溶膠滴涂在玻璃襯底上，放在暗室中靜置24 36小時，待水分 揮發(fā)后制得光聚物干膜。 本發(fā)明光聚物薄膜的光聚合過程是當(dāng)用波長為633nm的相干光照射材料時，在 材料中發(fā)生一個光化漂白反應(yīng)，光敏劑亞甲基藍(lán)分子被激發(fā)到高能態(tài)，同時將能量傳遞給 引發(fā)劑三乙醇胺從而產(chǎn)生三乙醇胺的激發(fā)態(tài)自由基，引起單體聚合。濃度梯度驅(qū)使光敏單 體從光強小的區(qū)域向光強大的區(qū)域遷移，相反非光敏的納米二氧化硅粒子從光強大的區(qū)域 向光強小的區(qū)域擴(kuò)散。這導(dǎo)致亮、暗區(qū)域組分的不同，故其折射率也不相同，從而形成折射 率調(diào)制光柵。上述本發(fā)明的光聚物材料的吸收光譜峰值在665nm附近，如圖l所示，因此可 以采用波長為633nm的氦氖激光器作為記錄光源。材料的最大衍射效率可達(dá)到93%，適合 于高密度全息存儲光全息存儲。


圖1是本發(fā)明材料的吸收光譜圖。 圖2為本發(fā)明材料在實施例1中得到的衍射效率_時間曲線。 圖3為本發(fā)明材料在實施例1中得到的折射率調(diào)制度_時間曲線。 圖4為本發(fā)明材料在實施例1中得到的歸一化衍射效率-布拉格角度偏移量曲線。
具體實施例方式
實施例1 :按照上述具體制備過程進(jìn)行制備，最后所制得的光聚物干膜組分含量 為 聚乙烯醇47. 133wt% 丙烯酰胺14. 100wt% N， N' _亞甲基雙丙烯酰胺3. 924wt% 三乙醇胺 31.643wt% 亞甲基藍(lán) 0. 076wt% 納米二氧化硅顆粒 3. 124wt% 如圖2所示，所獲得的衍射效率可達(dá)到93%。 實施例2 :按照上述具體制備過程進(jìn)行制備，最后所制得的光聚物薄膜組分含量 為 聚乙烯醇 47. 562wt% 丙烯酰胺 14. 228wt%





為
為
為
N， N' _亞甲基雙丙烯酰胺3. 959wt% 三乙醇胺 31.929wt% 亞甲基藍(lán) 0.077wt%
納米二氧化硅顆粒 2. 254wt%
本實施例所得到的衍射效率可達(dá)到88%。
實施例3 :按照上述具體制備過程進(jìn)行制備，最后所制得的光聚物薄膜組分含3
聚乙烯醇 46.632wt%
丙烯酰胺 13.951wt%
N，N:亞甲基雙丙烯酰胺3. 882wt% 三乙醇胺 31.307wt% 亞甲基藍(lán) 0.0755wt%
納米二氧化硅顆粒4. 153wt% 本實施例所得到的衍射效率可達(dá)到86%。
實施例4 :按照上述具體制備過程進(jìn)行制備，最后所制得的光聚物薄膜組分含3
聚乙烯醇 丙烯酰胺
N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺
三乙醇胺 亞甲基藍(lán) 納米二氧化硅顆粒
47. 981wt% 14. 354wt% 3. 994wt% 32. 212wt%
0. 077wt%
1. 382wt%
本實施例所得到的衍射效率可達(dá)到84%。
實施例5 :按照上述具體制備過程進(jìn)行制備，最后所制得的光聚物薄膜組分含3
聚乙烯醇 44. 203wt%
丙烯酰胺 13. 224wt% N， N:亞甲基雙丙烯酰胺3. 680wt%
三乙醇胺 29. 676wt%
亞甲基藍(lán) 0.072wt%
納米二氧化硅顆粒 9. 145wt% 本實施例所得到的衍射效率可達(dá)到75%。
權(quán)利要求
一種摻雜水溶性納米二氧化硅粒子的光致聚合物全息記錄材料，其特征在于它的組分按照質(zhì)量百分比(wt)含有44％～49％(wt)的聚乙烯醇，13％～15％(wt)的丙烯酰胺，3％～5％(wt)的N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺，29％～33％(wt)的三乙醇胺，0.07％～0.08％(wt)的亞甲基藍(lán)和0～10％(wt)的納米二氧化硅顆粒。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于摻雜水溶性納米二氧化硅粒子，含量為 0 10% (wt)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述材料的配比，其特征在于制備過程為① 將適量聚乙烯醇溶解于去離子水中加熱至80°C ，攪拌使其溶解，制得8wt %的聚乙 烯醇水溶液；② 將N， N-亞甲基雙丙烯酰胺溶解于去離子水加熱至6(TC，攪拌均勻，冷卻至室溫，加 入納米二氧化硅顆粒，在4(TC水溫下經(jīng)超聲震蕩，使其均勻分散在溶液中，再次冷卻至室 溫，再加入丙烯酰胺攪拌均勻；③ 向第②步獲得的混合溶液中加入三乙醇胺攪拌均勻，將所得溶液倒入第①步制得的 聚乙烯醇水溶液并充分?jǐn)嚢枋蛊渚鶆蛲该?；?在暗室環(huán)境下將亞甲基藍(lán)加入到第③步制得的溶液中，充分?jǐn)嚢韬蟮玫焦饩畚锶苣z；⑤ 將第④步獲得的溶膠傾倒在玻璃襯底上，放在暗室中陳化24 36小時，待水份揮發(fā) 后制得光聚物干膜。
全文摘要
摻雜納米二氧化硅的光致聚合物全息材料及其制備方法，本發(fā)明的光致聚合物全息材料由聚乙烯醇、丙烯酰胺、N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺、亞甲基藍(lán)、三乙醇胺以及納米二氧化硅組成。其制備過程是首先，將聚乙烯醇加入去離子水中，制得聚乙烯醇溶液；第二步將N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺溶解于去離子水，分別加入納米二氧化硅顆粒和丙烯酰胺攪拌均勻；第三步將三乙醇胺加入第二步所得溶液充分?jǐn)嚢瑁坏谒牟皆诎凳抑袑喖谆{(lán)和第三步制得的混合溶液同時加到加入聚乙烯醇溶液中，制得光聚物溶膠；第五步將上述溶膠傾倒在玻璃襯底上，待水分揮發(fā)后制得光聚物干膜。本發(fā)明的材料同時具有大的折射率調(diào)制度和空間穩(wěn)定性，衍射效率達(dá)到93％，適用于光全息存儲。
文檔編號C08J5/18GK101697280SQ20091017245
公開日2010年4月21日 申請日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者李若平, 王素蓮, 王艷, 王龍閣, 翟鳳瀟, 趙磊, 韓俊鶴, 黃明舉 申請人:河南大學(xué);