金属纳米颗粒掺杂的光致聚合物组合物以及光栅制造技术

本发明专利技术涉及一种金属纳米颗粒掺杂的光致聚合物组合物以及光栅，所述光致聚合物组合物包括：书写单体，基质，光引发剂体系，以及贵金属前驱体，所述贵金属前驱体中包括贵金属的酸和/或其盐。

Photopolymer composition and grating doped with metal nanoparticles

【技术实现步骤摘要】
金属纳米颗粒掺杂的光致聚合物组合物以及光栅
本专利技术属于光学材料领域，特别涉及一种光致记录材料组合物，特别指金属纳米颗粒掺杂的光致聚合物。
技术介绍
增强现实(augmentreality，AR)，是将真实世界信息和虚拟世界信息实时叠加到同一个画面或空间的新技术。通过计算机生成提示信息、虚拟物体或虚拟场景，并叠加到真实世界中被人类器官所感知，从而达到增强现实的感官体验。目前AR技术已广泛应用在游戏、零售、教育、工业、军事和医疗等领域。目前，增强现实技术通常采用透射式光学显示方式，为了实现光学透射式的增强现实显示方案，有人设计了基于半透半反镜或者自由曲面元件的传统几何光学系统，利用折射和反射实现虚拟和真实世界的叠加，然而此类由传统光学元件组成的显示系统受制于光学总距离，无法做到足够轻薄，与日常眼镜相距甚远；另外受拉格朗日不变量的牵制，传统光学显示系统的出瞳尺寸有限，通常无法适配瞳距处于两端的用户人群。与传统光学系统相比，基于波导的显示方案有效地解决了以上两个问题。一个单色或者RGB图像被投射进入波导后，光线在波导元件内通过全反射传输，有效地降低了光学元件的厚度；同时使用波导上一个或多个光学元件控制图像分步输出，实现了出瞳扩展。光波导分为几何光波导和衍射光波导。几何光波导由于加工工艺繁琐，难以量产化，尚未出现成熟的眼镜产品。目前市面上量产的AR眼镜，如HoloLens、MagicLeap、Digilens和Akonia等均采用衍射光波导方案。其中，HoloLens和MagicLeap的技术方案为借助成熟的光刻、纳米压印等成熟的半导体工艺，在玻璃基底上加工出表面浮雕光栅；Digilens的技术方案是通过全息曝光，形成折射率成周期分布的聚合物，得到折射率调制的全息体光栅。这种聚合物就是光致聚合物。相比表面浮雕光栅，全息体光栅加工成本低、色彩表现好，但是视场角(FOV)还受到限制。全息体光栅的FOV取决于光致聚合物的折射率调制度(Δn)。光致聚合物组合物主要有单体、基质和引发剂组成。通常认为，光致聚合物的Δn由组合物中单体和基质的折射率差决定。单体的折射率大小一般在1.50～1.65之间，基质折射率大小一般在1.45～1.52之间，折射率差值为0.05～0.2，此外还受限于两者的相分离。表面浮雕光栅是周期分布的聚合物(折射率为1.50～1.65)和空气(折射率为1)，两者差值0.50～0.65，远高于光致聚合物光栅的情况。一方面，理论上通过光致聚合物中可聚合组分，尤其是活性单体的选取从而提高折射率调制度(Δn)，尽管已经取得一定进展，但材料的选取难度较大，同时，高折射率单体也可能导致高的生产成本，因此，工业大规模生产可能有一定难度。另外，本领域也尝试了通过纳米颗粒(NPs)掺杂来改进光致聚合的Δn。比如，引用文献1通过掺杂高折射率的超支化聚合物(Hyperbranchedpolymers，折射率1.82)NPs，将最终光栅的Δn从0.003提高到0.022(透射式)。类似的研究还有，ZnS纳米颗粒掺杂、POSS材料掺杂等等。但是，由于高折射率NPs掺杂不仅会提高单体区域的折射率，同时也会提高基质区域的折射率，因此对Δn提升有限。近年来，研究者们还提出通过贵金属NPs掺杂来提高光致聚合物的Δn。比如，引用文献2和文献3提出，可以利用Au纳米颗粒的局域表面等离子共振吸收效应，将Au纳米颗粒掺杂在光致聚合物中，单体和基质相分离后，除了折射率周期分布，Au纳米颗粒也会形成周期分布，形成吸收调制的吸收光栅。这种折射率调制和吸收调制的协同作用，为进一步大幅度提高光致聚合物的Δn提供了可能。进一步，无论是前面的有机NPs、无机半导体NPs还是贵金属NPs掺杂光致聚合物，目前研究者们的掺杂方法是直接将NPs加入到光致聚合物的前驱体中，NPs的分散性和相分离都将受到抑制。因此，仍然存在通过方法和材料的改进以提高光栅Δn的需求。引用文献：引用文献1：Omita,Y.,etal.,Nanoparticle-polymercompositevolumeholographicgratingsdispersedwithultrahigh-refractive-indexhyperbranchedpolymerasorganicnanoparticles.OpticsLetters,2016.41(6):p.1281-1284.引用文献2：Li,C.,etal.,Holographickineticsformixedvolumegratingsingoldnanoparticlesdopedphotopolymer.OpticsExpress,2014.22(5):p.5017-5028.引用文献3：Li,C.,etal.,Hybridpolarization-anglemultiplexingforvolumeholographyingoldnanoparticle-dopedphotopolymer.OpticsLetters,2014.39(24):p.6891-6894.
技术实现思路
专利技术要解决的问题针对现有技术的状况，本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种纳米粒子掺杂的光致聚合物组合物，通过改善纳米粒子的掺杂方法/特性，以提高由该掺杂了纳米粒子的光致聚合物形成的光栅的折射率调制度。进一步，本专利技术也提供一种基于掺杂金属尤其是贵金属的光致组合物的光栅及其制备方法。用于解决问题的方案本专利技术专利技术人通过长期研究，发现通过下述的技术方案的实施能够解决上述技术问题：[1].本专利技术首先提供了一种光致聚合物组合物，其包括：书写单体，基质，光引发剂体系，以及贵金属前驱体，所述贵金属前驱体中包括贵金属的酸和/或其盐。[2].根据[1]所述的组合物，所述贵金属选自Ag、Au、Pt、Pd中的一种或多种。[3].根据[1]或[2]所述的组合物，所述贵金属的前驱体中还包括表面活性剂和/或抗氧化剂。[4].根据[1]～[3]任一项所述的组合物，所述贵金属前驱体为包括所述贵金属的酸和/或其盐的溶液，所述溶液中的溶剂选自水或有机溶剂，所述溶液中贵金属的酸或其盐的浓度以贵金属元素计为0.1M～10M。[5].根据[1]～[4]任一项所述的组合物，所述书写单体包括折射率为1.50以上的丙烯酸酯类单体和/或环氧类化合物。[6].根据[1]～[5]任一项所述的组合物，以组合物的总质量计，所述书写单体的含量为30～60％；所述基质的含量为20～50％；所述贵金属前驱体含量为0.01～5％。[7].另外，本专利技术还提供了一种衍射光栅，所述光栅包括具有光栅结构的树脂膜，所述树脂膜为根据以上[1]～[6]任一项所述的组合物固化而得到。[8].进一步，本专利技术提供了上述衍射光栅的制备方法，其包括如下步骤：混合的步骤，将根据以上[1]～[6]任一项所述的组合物各组分混合而得到混合体；...

【技术保护点】
1.一种光致聚合物组合物，其特征在于，包括：/n书写单体，/n基质，/n光引发剂体系，以及/n贵金属前驱体，/n所述贵金属前驱体中包括贵金属的酸和/或其盐。/n

【技术特征摘要】
1.一种光致聚合物组合物，其特征在于，包括：
书写单体，
基质，
光引发剂体系，以及
贵金属前驱体，
所述贵金属前驱体中包括贵金属的酸和/或其盐。


2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述贵金属选自Ag、Au、Pt、Pd中的一种或多种。


3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述贵金属的前驱体中还包括表面活性剂和/或抗氧化剂。


4.根据权利要求1～3任一项所述的组合物，其特征在于，所述贵金属前驱体为包括所述贵金属的酸和/或其盐的溶液，所述溶液中的溶剂选自水或有机溶剂，所述溶液中贵金属的酸或其盐的浓度以贵金属元素计为0.1M～10M。


5.根据权利要求1～4任一项所述的组合物，其特征在于，所述书写单体包括折射率为1.50以上的丙烯酸酯类单体和/或环氧类化合物。


6.根据权利要求1～5任一项所述的组合物，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱毅伟，魏一振，张卓鹏，
申请(专利权)人：杭州光粒科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33