CN101697280B - 掺杂纳米二氧化硅的光致聚合物全息材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
掺杂纳米二氧化硅的光致聚合物全息材料及其制备方法，本发明的光致聚合物全息材料由聚乙烯醇、丙烯酰胺、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、亚甲基蓝、三乙醇胺以及纳米二氧化硅组成。其制备过程是：首先，将聚乙烯醇加入去离子水中，制得聚乙烯醇溶液；第二步将N，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶解于去离子水，分别加入纳米二氧化硅颗粒和丙烯酰胺搅拌均匀；第三步将三乙醇胺加入第二步所得溶液充分搅拌；第四步在暗室中将亚甲基蓝和第三步制得的混合溶液同时加到加入聚乙烯醇溶液中，制得光聚物溶胶；第五步将上述溶胶倾倒在玻璃衬底上，待水分挥发后制得光聚物干膜。本发明的材料同时具有大的折射率调制度和空间稳定性，衍射效率达到93％，适用于光全息存储。
Description
技术领域
本发明涉及光全息存储，特别是一种掺杂由氨基修饰的水溶性纳米二氧化硅颗粒的光致聚合物全息记录材料及其制备方法。
背景技术
高密度数字全息存储与磁存储和磁光存储等传统存储方式相比具有：冗余度高、存储密度高、存储容量大、数据传输率高和存取时间短，以及可并行寻址等优点，而成为当前海量信息存储技术领域的研究热点。2000年以来，世界著名企业如美国的InPhase、日本的Optware、英国的Polight等公司以及其它一些科研机构都在从事数字全息存储技术的研究。从最新的研究结果可以看出，影响高密度数字全息存储实用化的主要原因是缺少理想的干法在线高密度全息存储材料。传统的干法在线高密度全息存储材料为LiNbO3等光折变晶体，这些晶体一方面生长条件苛刻、工艺复杂、成本高；另一方面是不容易生长成大体积晶体特别是难生长成为尺寸较大的盘状晶体。因此尽管其存储密度很高，但单件存储晶体很难实现其它存储技术所拥有的超大容量的优点；同时这类介质的曝光灵敏度很低，很难实现超高的传输速率，这与现有的高传输速率的数字化设备不相匹配。与传统的光折变晶体相比，光致聚合物材料具有衍射效率高、曝光灵敏度高、制作工艺简单、成本低廉等特点，更重要的是容易制作大尺寸的盘状样品，更适合作盘状数字全息存储介质，因此成为数字化全息存储介质研究领域中最有希望的一类材料。
折射率调制度和空间稳定性是评价光致聚合物材料性能的两个主要参数。大的折射率调制度可以提高材料的存储密度，高的空间稳定性可以减小材料的缩皱。近几年来，光致聚合物材料发展迅速，但现有的光致聚合物材料仍然不能同时满足大的折射率调制度和高的空间稳定性的要求。
发明内容
针对现有材料的不足，本发明提供了一种掺杂水溶性纳米二氧化硅粒子的光致聚合物材料的制备方法。这种材料同时具有大的折射率调制度和高的空间稳定性，且其衍射效率最高可达到93％。
本发明的掺杂由水溶性纳米二氧化硅粒子的光致聚合物材料是一种光聚物薄膜，它的组分包括：44％～49％(wt)的聚乙烯醇，13％～15％(wt)的丙烯酰胺，3％～5％(wt)的N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，29％～33％(wt)的三乙醇胺，0.07％～0.08％(wt)的亚甲基蓝和0～10％(wt)的纳米二氧化硅颗粒子。
该材料的具体制备过程如下：
①按质量百分比称取各原料；
②在温度为20～25℃、相对湿度40～60％的环境下，将聚乙烯醇加入去离子水中，并将其加热至80℃，同时使用磁力搅拌器搅拌促进使其溶解。最后，得到8wt％的聚乙烯醇水溶液；
③将N，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶解于去离子水，加热至60℃，搅拌使其溶解后再冷却至室温，加入纳米二氧化硅粒子，在40℃水温下经超声震荡，使其均匀分散在溶液中，再加入丙烯酰胺搅拌均匀；
④向第③步制备的混合溶液中加入三乙醇胺搅拌均匀，将所得溶液加入第②步制备的聚乙烯醇水溶液并充分搅拌；
⑤在暗室环境下将亚甲基蓝加入到第④步制备的溶液中，充分搅拌后得到光聚物溶胶；
⑥将第⑤步制备的溶胶滴涂在玻璃衬底上，放在暗室中静置24～36小时，待水分挥发后制得光聚物干膜。
本发明光聚物薄膜的光聚合过程是：当用波长为633nm的相干光照射材料时，在材料中发生一个光化漂白反应，光敏剂亚甲基蓝分子被激发到高能态，同时将能量传递给引发剂三乙醇胺从而产生三乙醇胺的激发态自由基，引起单体聚合。浓度梯度驱使光敏单体从光强小的区域向光强大的区域迁移，相反非光敏的纳米二氧化硅粒子从光强大的区域向光强小的区域扩散。这导致亮、暗区域组分的不同，故其折射率也不相同，从而形成折射率调制光栅。上述本发明的光聚物材料的吸收光谱峰值在665nm附近，如图1所示，因此可以采用波长为633nm的氦氖激光器作为记录光源。材料的最大衍射效率可达到93％，适合于高密度全息存储光全息存储。
附图说明
图1是本发明材料的吸收光谱图。
图2为本发明材料在实施例1中得到的衍射效率-时间曲线。
图3为本发明材料在实施例1中得到的折射率调制度-时间曲线。
图4为本发明材料在实施例1中得到的归一化衍射效率-布拉格角度偏移量曲线。
具体实施方式
实施例1：按照上述具体制备过程进行制备，最后所制得的光聚物干膜组分含量为：
聚乙烯醇：47.133wt％
丙烯酰胺：14.100wt％
N，N’-亚甲基双丙烯酰胺：3.924wt％
三乙醇胺： 31.643wt％
亚甲基蓝： 0.076wt％
纳米二氧化硅颗粒： 3.124wt％
如图2所示，所获得的衍射效率可达到93％。
实施例2：按照上述具体制备过程进行制备，最后所制得的光聚物薄膜组分含量为：
聚乙烯醇： 47.562wt％
丙烯酰胺： 14.228wt％
N，N’-亚甲基双丙烯酰胺：3.959wt％
三乙醇胺： 31.929wt％
亚甲基蓝： 0.077wt％
纳米二氧化硅颗粒： 2.254wt％
本实施例所得到的衍射效率可达到88％。
实施例3：按照上述具体制备过程进行制备，最后所制得的光聚物薄膜组分含量为：
聚乙烯醇： 46.632wt％
丙烯酰胺： 13.951wt％
N，N’-亚甲基双丙烯酰胺：3.882wt％
三乙醇胺： 31.307wt％
亚甲基蓝： 0.0755wt％
纳米二氧化硅颗粒： 4.153wt％
本实施例所得到的衍射效率可达到86％。
实施例4：按照上述具体制备过程进行制备，最后所制得的光聚物薄膜组分含量为：
聚乙烯醇： 47.981wt％
丙烯酰胺： 14.354wt％
N，N’-亚甲基双丙烯酰胺：3.994wt％
三乙醇胺： 32.212wt％
亚甲基蓝： 0.077wt％
纳米二氧化硅颗粒： 1.382wt％
本实施例所得到的衍射效率可达到84％。
实施例5：按照上述具体制备过程进行制备，最后所制得的光聚物薄膜组分含量为：
聚乙烯醇： 44.203wt％
丙烯酰胺： 13.224wt％
N，N’-亚甲基双丙烯酰胺：3.680wt％
三乙醇胺： 29.676wt％
亚甲基蓝： 0.072wt％
纳米二氧化硅颗粒： 9.145wt％
本实施例所得到的衍射效率可达到75％。
Claims (2)
1.一种掺杂水溶性纳米二氧化硅粒子的光致聚合物全息记录材料，其特征在于它的组分按照重量百分比(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’-亚甲基双丙烯酰胺，29％～33％(wt)的三乙醇胺，0.07％～0.08％(wt)的亚甲基蓝和0～10％(wt)的水溶性纳米二氧化硅粒子。
2.一种制备光致聚合物的方法，该光致聚合物是根据权利要求1所述的全息记录材料制备而得到，该制备步骤为：
①在温度为20～25℃、相对湿度40～60％的环境下，将适量聚乙烯醇溶解于去离子水中加热至80℃，搅拌使其溶解，制得8％(wt)的聚乙烯醇水溶液；
②将N，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶解于去离子水加热至60℃，搅拌均匀，冷却至室温，加入纳米二氧化硅颗粒，在40℃水温下经超声震荡，使其均匀分散在溶液中，再次冷却至室温，再加入丙烯酰胺搅拌均匀；
③向第②步获得的混合溶液中加入三乙醇胺搅拌均匀，将所得溶液倒入第①步制得的聚乙烯醇水溶液并充分搅拌使其均匀透明；
④在暗室环境下将亚甲基蓝加入到第③步制得的溶液中，充分搅拌后得到光致聚合物溶胶；
⑤将第④步获得的溶胶滴涂在玻璃衬底上，放在暗室中陈化24～36小时，待水分挥发后制得光致聚合物干膜。
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