專利名稱：短波長寬頻帶光敏感全息記錄材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)記錄材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種短波長寬頻帶光敏感的光致聚合全息記錄材料及其制備方法。本發(fā)明的材料尤其適用于干法在線處理光學(xué)全息存儲。
背景技術(shù)：
光學(xué)全息存儲是繼磁存儲和磁光存儲技術(shù)之后下一代海量存儲技術(shù)。自上世紀(jì)60年代激光問世以來，激光相干全息技術(shù)得到了很大的發(fā)展，高密度信息存儲就是其中之一。光學(xué)全息存儲是一種高密度、大容量的信息存儲方式，與傳統(tǒng)的存儲方式相比，其具有高冗余度、高存儲容量、超快速的數(shù)據(jù)傳輸率和存取時間，以及可并行內(nèi)容尋址等優(yōu)點，自然成為當(dāng)前海量信息存儲技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點。數(shù)字全息存儲的應(yīng)用在很大程度上取決于是否有合適的干法在線處理全息記錄材料。通常使用的全息記錄材料有光致聚合物、重鉻酸鹽明膠、銀鹽全息干板及光致抗蝕劑等。光致聚合物材料由于具有高的靈敏度、大的動態(tài)范圍、優(yōu)良的光學(xué)質(zhì)量、可用完全干法處理及快速顯影，以及相對低的價格，并可大規(guī)模投入生產(chǎn)，具有廣泛的商業(yè)實用性，最有可能成為數(shù)字全息存儲的一次寫入型材料，因此在眾多全息存儲材料中，光致聚合物成為人們的重點研究對象。
由于光致聚合材料的配方靈活多樣，用于全息記錄的光致聚合材料的類型也較多，其中丙烯酰胺型光致聚合物由于具有高衍射效率、高曝光靈敏度及高信噪比、價格低廉、制備簡便等諸多的優(yōu)點而倍受人們關(guān)注。但在以前的研究中，丙烯酰胺型光致聚合物多對紅光敏感(參見S.Calixto.“Drypolymer for holographic recording”，Appl.Opt.26(1987)3904-3910)，這是因為在記錄材料體系中，選取的光敏劑只對長波長有吸收，并且敏感光譜范圍較窄。由于在存儲過程中，面存儲密度與波長的平方成反比，而在體全息存儲中，體存儲密度則與波長的三次方成反比，因此在短波長區(qū)域內(nèi)尋找有較寬敏感光譜范圍的材料，對提高存儲密度有很大的現(xiàn)實意義。中科院上海光機所姚華文與黃明舉等人發(fā)明了一種藻紅敏化的記錄材料(參見姚華文、黃明舉、陳仲裕等，“綠敏光致聚合物的制備及其光學(xué)全息存儲性能研究”，光學(xué)學(xué)報，22(2002)1021-1024)使材料可以對綠光敏感。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種對短波長敏感且具有寬吸收帶的全息記錄材料及其制備方法。
為達上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案短波長寬頻帶光敏感全息記錄材料，以核黃素作光敏劑。
由成膜基質(zhì)聚乙烯醇、單體、引發(fā)劑三乙醇胺和光敏劑核黃素組成，單體為丙烯酰胺和N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺或者丙烯酰胺、N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺和丙烯酸。
各成分質(zhì)量百分比為聚乙烯醇40～60％、丙烯酰胺10～30％、N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺3～10％、丙烯酸0～10％、三乙醇胺20～45％、核黃素0.08～0.3％。
短波長寬頻帶光敏感全息記錄材料制備方法，按質(zhì)量百分比聚乙烯醇40～60％、丙烯酰胺10～30％、N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺3～10％、丙烯酸0～10％、三乙醇胺20～45％、核黃素0.08～0.3％取上述成分，然后(1)將聚乙烯醇加入蒸餾水中，于80℃攪拌溶解得7.5％(wt)的無色透明聚乙烯醇水溶液；(2)將核黃素晶體溶于蒸餾水中得1.0×10-3M溶液；(3)向(1)中制得的溶液中加入丙烯酰胺、N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺和丙烯酸單體水溶液和三乙醇胺；(4)在暗室中把(2)中所得核黃素溶液加入(3)中所得混合液，繼續(xù)攪拌至混勻并冷卻、氣泡消失；(5)將(4)中所得溶液滴涂在潔凈的玻璃片上，暗室中自然干燥36-72小時，形成光致聚合物干膜。
光致聚合是由于光激發(fā)引起材料產(chǎn)生光化學(xué)變化，從而使單體或小分子發(fā)生聚合的反應(yīng)。光致聚合存儲機理是當(dāng)用光照射光致聚合全息記錄材料(干膜)時，便在干膜中發(fā)生光化反應(yīng)，染料核黃素吸收光后被激發(fā)到高能態(tài)，與共引發(fā)劑三乙醇胺發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，產(chǎn)生離子自由基活性種子，從而引發(fā)單體丙烯酰胺、N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺和丙烯酸的聚合。在全息存儲過程中，信息以全息光柵的形式記錄在干膜內(nèi)，參考光和物光在干膜內(nèi)部形成干涉花樣，干涉亮條紋區(qū)光強較強，單體很快聚合，其濃度減小并耗盡；在干涉花樣的暗區(qū)則相反。因此在干涉花樣的亮暗區(qū)內(nèi)形成單體的濃度梯度，單體便由濃度較大的暗條紋區(qū)向單體濃度較小的亮條紋區(qū)擴散，直到干膜中的單體耗盡。在干膜的內(nèi)部發(fā)生了非均勻的光化反應(yīng)，形成了聚合物濃度與干涉花樣相對應(yīng)的非均勻分布，產(chǎn)生折射率調(diào)制，記錄了折射率調(diào)制的位相型全息圖。干膜曝光后，染料被漂白形成一種無色物質(zhì)。本發(fā)明所制備的光致聚合全息記錄材料(干膜)，由于利用核黃素作為光敏劑，感光波長較短，對藍綠波段光敏感。材料具有比較寬的吸收范圍(在短波長范圍(300nm～500nm)具有寬吸收帶)，可多波長曝光，并且與現(xiàn)有技術(shù)相比吸收波長較短，有利于提高存儲的密度和容量。實驗測試用Ar+激光器(488nm)進行全息記錄，讀出時衍射效率可達68％，曝光靈敏度為150mJcm-2。


圖1是本發(fā)明材料全息曝光記錄及衍射效率測試實驗光路圖。其中1為Ar+激光器，2為He-Ne激光器，31、32為快門，41、42、43為反射鏡，5為分束鏡，6為記錄材料，7為光功率計，8為計算機。
圖2是本發(fā)明光致聚合干膜的吸收光譜曲線圖。從圖中可以看出，該材料的吸收光譜峰值分別在220nm、270nm、370nm、446nm處，可見對紫外到藍綠波段光敏感。
圖3是本發(fā)明實施例4的全息記錄曝光特性曲線。
具體實例方式實施例1、短波長寬頻帶光敏感全息記錄材料，由成膜基質(zhì)聚乙烯醇、單體丙烯酰胺、N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺和丙烯酸、引發(fā)劑三乙醇胺、光敏劑核黃素組成，各成分質(zhì)量百分比為聚乙烯醇40％、丙烯酰胺11.5％、N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺4.3％、三乙醇胺44％、核黃素0.2％。
上述全息記錄材料干膜制備方法如下(1)將聚乙烯醇加入蒸餾水中，于80℃攪拌溶解得7.5％(wt)的無色透明聚乙烯醇水溶液；(2)將核黃素晶體溶于蒸餾水中得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’-亞甲基雙丙烯酰胺單體水溶液和三乙醇胺，形成單體水溶液過程中加水量以使單體溶解為限。
(4)在暗室中把(2)中所得核黃素溶液加入(3)中所得混合液，繼續(xù)攪拌至溶液混勻并冷卻、氣泡消失；(5)將(4)中所得溶液滴涂在潔凈的玻璃片上，暗室中自然干燥36小時，形成光致聚合干膜。經(jīng)測試，衍射效率達到53％。
實施例2、本實施例中，短波長寬頻帶光敏感全息記錄材料(干膜)由質(zhì)量百分比50％聚乙烯醇、10％丙烯酰胺、3.3％N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺、3.4％丙烯酸、33％三乙醇胺、0.3％核黃素組成，制備方法同實施例1。光致聚合全息記錄材料(干膜)衍射效率達到49％。
實施例3、本實施例中，短波長寬頻帶光敏感全息記錄材料(干膜)由質(zhì)量百分比40％聚乙烯醇、13.3％丙烯酰胺、6.7％N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺、6.6％丙烯酸、33.3％三乙醇胺、0.1％核黃素組成，制備方法同實施例1。光致聚合全息記錄材料(干膜)衍射效率達到63.8％。
實施例4、本實施例中，短波長寬頻帶光敏感全息記錄材料(干膜)由質(zhì)量百分比50％聚乙烯醇、12.5％丙烯酰胺、6.25％N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺、6.12％丙烯酸、25％三乙醇胺、0.13％核黃素組成，制備方法同實施例1。光致聚合全息記錄材料(干膜)衍射效率達到56％。
實施例5、本實施例中，短波長寬頻帶光敏感全息記錄材料(干膜)由質(zhì)量百分比42％聚乙烯醇、20％丙烯酰胺、5.67％N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺、9.85％丙烯酸、22.4％三乙醇胺、0.08％核黃素組成，制備方法同實施例1。光致聚合全息記錄材料(干膜)衍射效率達到26％。
實施例6、本實施例中，短波長寬頻帶光敏感全息記錄材料(干膜)由質(zhì)量百分比40％聚乙烯醇、13.3％丙烯酰胺、6.7％N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺、5.33％丙烯酸、34.5％三乙醇胺、0.17％核黃素組成，制備方法同實施例1。光致聚合全息記錄材料(干膜)衍射效率達到68％。
權(quán)利要求
1.短波長寬頻帶光敏感全息記錄材料，其特征在于，以核黃素作光敏劑。
2.如權(quán)利要求1所述的短波長寬頻帶光敏感全息記錄材料，其特征在于，由成膜基質(zhì)聚乙烯醇、單體、引發(fā)劑三乙醇胺和光敏劑核黃素組成，單體為丙烯酰胺和N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺或者丙烯酰胺、N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺和丙烯酸。
3.如權(quán)利要求2所述的短波長寬頻帶光敏感全息記錄材料，其特征在于，各成分質(zhì)量百分比為聚乙烯醇40～60％、丙烯酰胺10～30％、N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺3～10％、丙烯酸0～10％、三乙醇胺20～45％、核黃素0.08～0.3％。
4.權(quán)利要求1所述的短波長寬頻帶光敏感全息記錄材料制備方法，其特征在于，按質(zhì)量百分比聚乙烯醇40～60％、丙烯酰胺10～30％、N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺3～10％、丙烯酸0～10％、三乙醇胺20～45％、核黃素0.08～0.3％取上述成分，然后(1)將聚乙烯醇加入蒸餾水中，于80℃攪拌溶解得7.5％(wt)的無色透明聚乙烯醇水溶液；(2)將核黃素晶體溶于蒸餾水中得1.0×10-3M溶液；(3)向(1)中制得的溶液中加入丙烯酰胺、N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺和丙烯酸單體水溶液和三乙醇胺；(4)在暗室中把(2)中所得核黃素溶液加入(3)中所得混合液，繼續(xù)攪拌至混勻并冷卻、氣泡消失；(5)將(4)中所得溶液滴涂在潔凈的玻璃片上，暗室中自然干燥36-72小時，形成光致聚合物干膜。
全文摘要
短波長寬頻帶光敏感全息記錄材料，由成膜基質(zhì)聚乙烯醇、單體、引發(fā)劑三乙醇胺和光敏劑核黃素組成，單體為丙烯酰胺和N，N’－亞甲基雙丙烯酰胺或者丙烯酰胺、N，N’－亞甲基雙丙烯酰胺和丙烯酸。各成分質(zhì)量百分比為聚乙烯醇40～60％、丙烯酰胺10～30％、N，N’－亞甲基雙丙烯酰胺3～10％、丙烯酸0～10％、三乙醇胺20～45％、核黃素0.08～0.3％。制備方法包括(1)制備聚乙烯醇水溶液；(2)制備核黃素水溶液；(3)向(1)所得溶液中加入丙烯酰胺、N，N’－亞甲基雙丙烯酰胺、丙烯酸單體水溶液和三乙醇胺；(4)暗室中混勻核黃素水溶液和(3)所得混合液并冷卻；(5)將(4)所得溶液滴涂在潔凈玻璃片上，暗室中自然干燥形成干膜。本發(fā)明使用效果好。
文檔編號G03F7/028GK1963664SQ20061012835
公開日2007年5月16日 申請日期2006年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月7日
發(fā)明者李若平, 翟鳳瀟, 王素蓮, 路海, 黃明舉 申請人:河南大學(xué)