CN1963664A - 短波长宽频带光敏感全息记录材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

短波长宽频带光敏感全息记录材料，由成膜基质聚乙烯醇、单体、引发剂三乙醇胺和光敏剂核黄素组成，单体为丙烯酰胺和N，N’－亚甲基双丙烯酰胺或者丙烯酰胺、N，N’－亚甲基双丙烯酰胺和丙烯酸。各成分质量百分比为：聚乙烯醇40～60％、丙烯酰胺10～30％、N，N’－亚甲基双丙烯酰胺3～10％、丙烯酸0～10％、三乙醇胺20～45％、核黄素0.08～0.3％。制备方法包括：(1)制备聚乙烯醇水溶液；(2)制备核黄素水溶液；(3)向(1)所得溶液中加入丙烯酰胺、N，N’－亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸单体水溶液和三乙醇胺；(4)暗室中混匀核黄素水溶液和(3)所得混合液并冷却；(5)将(4)所得溶液滴涂在洁净玻璃片上，暗室中自然干燥形成干膜。本发明使用效果好。

Description

短波长宽频带光敏感全息记录材料及其制备方法

技术领域

本发明属于光学记录材料技术领域，特别涉及一种短波长宽频带光敏感的光致聚合全息记录材料及其制备方法。本发明的材料尤其适用于干法在线处理光学全息存储。

背景技术

光学全息存储是继磁存储和磁光存储技术之后下一代海量存储技术。自上世纪60年代激光问世以来，激光相干全息技术得到了很大的发展，高密度信息存储就是其中之一。光学全息存储是一种高密度、大容量的信息存储方式，与传统的存储方式相比，其具有高冗余度、高存储容量、超快速的数据传输率和存取时间，以及可并行内容寻址等优点，自然成为当前海量信息存储技术领域研究的热点。数字全息存储的应用在很大程度上取决于是否有合适的干法在线处理全息记录材料。通常使用的全息记录材料有光致聚合物、重铬酸盐明胶、银盐全息干板及光致抗蚀剂等。光致聚合物材料由于具有高的灵敏度、大的动态范围、优良的光学质量、可用完全干法处理及快速显影，以及相对低的价格，并可大规模投入生产，具有广泛的商业实用性，最有可能成为数字全息存储的一次写入型材料，因此在众多全息存储材料中，光致聚合物成为人们的重点研究对象。

由于光致聚合材料的配方灵活多样，用于全息记录的光致聚合材料的类型也较多，其中丙烯酰胺型光致聚合物由于具有高衍射效率、高曝光灵敏度及高信噪比、价格低廉、制备简便等诸多的优点而倍受人们关注。但在以前的研究中，丙烯酰胺型光致聚合物多对红光敏感(参见S.Calixto.“Drypolymer for holographic recording”，Appl.Opt.26(1987)：3904-3910)，这是因为在记录材料体系中，选取的光敏剂只对长波长有吸收，并且敏感光谱范围较窄。由于在存储过程中，面存储密度与波长的平方成反比，而在体全息存储中，体存储密度则与波长的三次方成反比，因此在短波长区域内寻找有较宽敏感光谱范围的材料，对提高存储密度有很大的现实意义。中科院上海光机所姚华文与黄明举等人发明了一种藻红敏化的记录材料(参见姚华文、黄明举、陈仲裕等，“绿敏光致聚合物的制备及其光学全息存储性能研究”，光学学报，22(2002)：1021-1024)使材料可以对绿光敏感。

发明内容

本发明目的在于提供一种对短波长敏感且具有宽吸收带的全息记录材料及其制备方法。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：短波长宽频带光敏感全息记录材料，以核黄素作光敏剂。

由成膜基质聚乙烯醇、单体、引发剂三乙醇胺和光敏剂核黄素组成，单体为丙烯酰胺和N，N’-亚甲基双丙烯酰胺或者丙烯酰胺、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺和丙烯酸。

各成分质量百分比为：聚乙烯醇40～60％、丙烯酰胺10～30％、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺3～10％、丙烯酸0～10％、三乙醇胺20～45％、核黄素0.08～0.3％。

短波长宽频带光敏感全息记录材料制备方法，按质量百分比聚乙烯醇40～60％、丙烯酰胺10～30％、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺3～10％、丙烯酸0～10％、三乙醇胺20～45％、核黄素0.08～0.3％取上述成分，然后

(1)将聚乙烯醇加入蒸馏水中，于80℃搅拌溶解得7.5％(wt)的无色透明聚乙烯醇水溶液；

(2)将核黄素晶体溶于蒸馏水中得1.0×10^-3M溶液；

(3)向(1)中制得的溶液中加入丙烯酰胺、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺和丙烯酸单体水溶液和三乙醇胺；

(4)在暗室中把(2)中所得核黄素溶液加入(3)中所得混合液，继续搅拌至混匀并冷却、气泡消失；

(5)将(4)中所得溶液滴涂在洁净的玻璃片上，暗室中自然干燥36-72小时，形成光致聚合物干膜。

光致聚合是由于光激发引起材料产生光化学变化，从而使单体或小分子发生聚合的反应。光致聚合存储机理是：当用光照射光致聚合全息记录材料(干膜)时，便在干膜中发生光化反应，染料核黄素吸收光后被激发到高能态，与共引发剂三乙醇胺发生电子转移反应，产生离子自由基活性种子，从而引发单体丙烯酰胺、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺和丙烯酸的聚合。在全息存储过程中，信息以全息光栅的形式记录在干膜内，参考光和物光在干膜内部形成干涉花样，干涉亮条纹区光强较强，单体很快聚合，其浓度减小并耗尽；在干涉花样的暗区则相反。因此在干涉花样的亮暗区内形成单体的浓度梯度，单体便由浓度较大的暗条纹区向单体浓度较小的亮条纹区扩散，直到干膜中的单体耗尽。在干膜的内部发生了非均匀的光化反应，形成了聚合物浓度与干涉花样相对应的非均匀分布，产生折射率调制，记录了折射率调制的位相型全息图。干膜曝光后，染料被漂白形成一种无色物质。本发明所制备的光致聚合全息记录材料(干膜)，由于利用核黄素作为光敏剂，感光波长较短，对蓝绿波段光敏感。材料具有比较宽的吸收范围(在短波长范围(300nm～500nm)具有宽吸收带)，可多波长曝光，并且与现有技术相比吸收波长较短，有利于提高存储的密度和容量。实验测试用Ar⁺激光器(488nm)进行全息记录，读出时衍射效率可达68％，曝光灵敏度为150mJcm^-2。

附图说明

图1是本发明材料全息曝光记录及衍射效率测试实验光路图。其中1为Ar⁺激光器，2为He-Ne激光器，31、32为快门，41、42、43为反射镜，5为分束镜，6为记录材料，7为光功率计，8为计算机。

图2是本发明光致聚合干膜的吸收光谱曲线图。从图中可以看出，该材料的吸收光谱峰值分别在220nm、270nm、370nm、446nm处，可见对紫外到蓝绿波段光敏感。

图3是本发明实施例4的全息记录曝光特性曲线。

具体实例方式：

实施例1、短波长宽频带光敏感全息记录材料，由成膜基质聚乙烯醇、单体丙烯酰胺、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺和丙烯酸、引发剂三乙醇胺、光敏剂核黄素组成，各成分质量百分比为：聚乙烯醇40％、丙烯酰胺11.5％、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺4.3％、三乙醇胺44％、核黄素0.2％。

上述全息记录材料干膜制备方法如下：

(1)将聚乙烯醇加入蒸馏水中，于80℃搅拌溶解得7.5％(wt)的无色透明聚乙烯醇水溶液；

(2)将核黄素晶体溶于蒸馏水中得1.0×10^-3M溶液；

(3)向(1)中制得的溶液中加入丙烯酰胺和N，N’-亚甲基双丙烯酰胺单体水溶液和三乙醇胺，形成单体水溶液过程中加水量以使单体溶解为限。

(4)在暗室中把(2)中所得核黄素溶液加入(3)中所得混合液，继续搅拌至溶液混匀并冷却、气泡消失；

(5)将(4)中所得溶液滴涂在洁净的玻璃片上，暗室中自然干燥36小时，形成光致聚合干膜。经测试，衍射效率达到53％。

实施例2、本实施例中，短波长宽频带光敏感全息记录材料(干膜)由质量百分比50％聚乙烯醇、10％丙烯酰胺、3.3％N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、3.4％丙烯酸、33％三乙醇胺、0.3％核黄素组成，制备方法同实施例1。光致聚合全息记录材料(干膜)衍射效率达到49％。

实施例3、本实施例中，短波长宽频带光敏感全息记录材料(干膜)由质量百分比40％聚乙烯醇、13.3％丙烯酰胺、6.7％N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、6.6％丙烯酸、33.3％三乙醇胺、0.1％核黄素组成，制备方法同实施例1。光致聚合全息记录材料(干膜)衍射效率达到63.8％。

实施例4、本实施例中，短波长宽频带光敏感全息记录材料(干膜)由质量百分比50％聚乙烯醇、12.5％丙烯酰胺、6.25％N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、6.12％丙烯酸、25％三乙醇胺、0.13％核黄素组成，制备方法同实施例1。光致聚合全息记录材料(干膜)衍射效率达到56％。

实施例5、本实施例中，短波长宽频带光敏感全息记录材料(干膜)由质量百分比42％聚乙烯醇、20％丙烯酰胺、5.67％N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、9.85％丙烯酸、22.4％三乙醇胺、0.08％核黄素组成，制备方法同实施例1。光致聚合全息记录材料(干膜)衍射效率达到26％。

实施例6、本实施例中，短波长宽频带光敏感全息记录材料(干膜)由质量百分比40％聚乙烯醇、13.3％丙烯酰胺、6.7％N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、5.33％丙烯酸、34.5％三乙醇胺、0.17％核黄素组成，制备方法同实施例1。光致聚合全息记录材料(干膜)衍射效率达到68％。

Claims (4)

1、短波长宽频带光敏感全息记录材料，其特征在于，以核黄素作光敏剂。

2、如权利要求1所述的短波长宽频带光敏感全息记录材料，其特征在于，由成膜基质聚乙烯醇、单体、引发剂三乙醇胺和光敏剂核黄素组成，单体为丙烯酰胺和N，N’-亚甲基双丙烯酰胺或者丙烯酰胺、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺和丙烯酸。

3、如权利要求2所述的短波长宽频带光敏感全息记录材料，其特征在于，各成分质量百分比为：聚乙烯醇40～60％、丙烯酰胺10～30％、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺3～10％、丙烯酸0～10％、三乙醇胺20～45％、核黄素0.08～0.3％。

4、权利要求1所述的短波长宽频带光敏感全息记录材料制备方法，其特征在于，按质量百分比聚乙烯醇40～60％、丙烯酰胺10～30％、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺3～10％、丙烯酸0～10％、三乙醇胺20～45％、核黄素0.08～0.3％取上述成分，然后

(1)将聚乙烯醇加入蒸馏水中，于80℃搅拌溶解得7.5％(wt)的无色透明聚乙烯醇水溶液；

(2)将核黄素晶体溶于蒸馏水中得1.0×10^-3M溶液；

(3)向(1)中制得的溶液中加入丙烯酰胺、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺和丙烯酸单体水溶液和三乙醇胺；

(4)在暗室中把(2)中所得核黄素溶液加入(3)中所得混合液，继续搅拌至混匀并冷却、气泡消失；

(5)将(4)中所得溶液滴涂在洁净的玻璃片上，暗室中自然干燥36-72小时，形成光致聚合物干膜。