一种用于全息记录的光致聚合物组合物以及光栅制造技术

本申请公开了一种用于全息记录的光致聚合物组合物以及光栅，属于光学材料技术领域。一种用于全息记录的光致聚合物组合物，包括如下组分：聚合活性单体、成膜组分、染料化合物、引发剂、增塑剂以及表面助剂；所述聚合活性单体包括环烯丙基硫化物单体和硫醇单体。基于本申请的光致聚合物组合物制备的全息衍射光栅，尤其是反射式全息衍射光栅，不仅具有较高的衍射效率、折射率调制度、曝光灵敏度以及透光率，且具有改善的尺寸收缩性，同时光致聚合物材料具有较宽的角度选择性以及受环境湿度和氧阻聚的影响较小。聚的影响较小。聚的影响较小。

【技术实现步骤摘要】
一种用于全息记录的光致聚合物组合物以及光栅


[0001]本申请涉及光学材料
，更具体地说，涉及一种用于全息记录的光致聚合物组合物以及光栅。

技术介绍

[0002]光敏/光致聚合物材料利用不可逆的光聚合反应产生的材料折射率变化进行全息记录。在典型的加工方式中，在通过可见光激光照射光致聚合物组合物形成元件时，用于全息记录的光致聚合物组合物中的单体通过聚合反应而形成(固化的)聚合物。其结果，可以在光致聚合物组合物形成的元件中产生能够形成干涉图案的结构特征。与此同时，通过对折射率的调制，使得可以形成具有高衍射效率的相位全息图。光敏/光致聚合物材料具有高灵敏度、高分辨率、高信噪比、成本低廉、加工工艺简单等特点，是体全息器件领域最有潜力的记录材料之一。
[0003]作为全息记录材料的光敏/光致聚合物体系一般包含染料、光引发剂、一种或多种单体、成膜剂、增塑剂等。光致聚合物折射率调制来自两个主要因素：（1）密度的增加；（2）质数对比物质（聚合单体和成膜基质）的分离。密度的增加是质量传输和聚合反应决定，对于通常的光致聚合物，配方中只有一定比例的单体以所需的空间分布扩散和聚合，从而促成折射率调制（
∆
n），
∆
n中的这一限制可以通过增加活性单体的浓度来缓解，但活性单体在基质溶剂中往往存在饱和溶解度的限制，尤其是基质溶剂溶解多种组分的情况下，活性单体的溶解量更低，导致活性单体浓度普遍较低，进而导致光致聚合物折射率低，折射率调制度不高。且目前的光敏/光致聚合物全息记录材料多数都存在衍射效率不够高，角度选择性不够大的问题。此外，通常情况下，这些记录材料在记录过全息图以后，需要进行热处理，处理过程中光致聚合物薄膜的膨胀与收缩会引起全息图条纹的变形，甚至损坏全息图。

技术实现思路

[0004]1．要解决的技术问题针对现有技术中存在的问题，本申请的目的在于提供一种用于全息记录的光致聚合物组合物，通过光致聚合物组合物制备的全息衍射光栅，尤其是反射式全息衍射光栅，不仅具有较高的衍射效率、折射率调制度、曝光灵敏度以及透光率，且具有改善的尺寸收缩性。同时光致聚合物材料具有较宽的角度选择性以及受环境湿度和氧阻聚的影响较小。
[0005]2．技术方案为解决上述问题，本申请采用如下的技术方案。
[0006]一种用于全息记录的光致聚合物组合物，包括如下组分：聚合活性单体、成膜组分、染料化合物、引发剂、增塑剂以及表面助剂；所述聚合活性单体包括环烯丙基硫化物单体和硫醇单体。
[0007]进一步的，所述环烯丙基硫化物单体具有如下通式（I）或通式（II）的结构：
（I）（II）其中，R1表示氢原子、烷烃基团、芳香烃基团、含醚键的基团、含硫醚的基团或含环烷烃基团；R2和R3各自独立地表示为氢原子、烷基酰基、含双键的烷基酰基、芳基酰基、含醚键的烷基或芳基酰基、含环烷烃基团的烷基或芳基酰基或含苯环的酰基。
[0008]进一步的，所述环烯丙基硫化物单体的折射率为1.53以上。
[0009]进一步的，所述硫醇单体为具有至少3个官能团的多官能团硫醇单体。
[0010]进一步的，所述多官能团硫醇单体与环烯丙基硫化物单体的摩尔比为0.25～1：1。
[0011]进一步的，所述多官能团硫醇单体具有如下通式（Ⅲ）或通式（Ⅳ）的结构：（Ⅲ）（Ⅳ）其中，R4、R5各自独立地表示亚烷基、亚芳基、苯亚烷基或含环烷烃基团的亚烷基。
[0012]进一步的，所述R4、R5基团含有长链烷基或1～2个苯环结构。
[0013]进一步的，以所述组合物的总重量计：所述环烯丙基硫化物类单体的含量为15～40%；所述硫醇单体的含量为2～15%；
所述成膜组分含量为10～40%；所述染料化合物含量为0.1～2%；所述引发剂含量为0.5～5%；所述增塑剂含量为10～40%；所述表面助剂含量为5～15%。
[0014]一种全息衍射光栅，包括具有光栅结构的聚合物膜，所述聚合物膜根据上述组合物固化而得。
[0015]一种全息光波导显示元件，包括上述全息衍射光栅。
[0016]3．有益效果相比于现有技术，本申请的优点在于：（一）本申请的光致聚合物组合物制备的全息光栅，尤其是反射式全息衍射光栅，不仅具有较高的衍射效率、折射率调制度、曝光灵敏度以及透光率，且具有改善的尺寸收缩性。同时光致聚合物材料具有较宽的角度选择性以及受环境湿度和氧阻聚的影响较小。
[0017]（二）本申请的光致聚合物组合物以及光栅制作工艺简单，原材料便宜易得，易于大规模工业生产。
[0018]（三）本专利技术制备的光栅具有优异的光波导成像效果。
附图说明
[0019]图1为本申请的光致聚合物组合物记录
‑
读写光路图；图2为本申请的实施例2的反射式全息衍射光栅的衍射效率与布拉格角度图。
具体实施方式
[0020]一种用于全息记录的光致聚合物组合物，包括如下组分：聚合活性单体、成膜组分、染料化合物、引发剂、增塑剂以及表面助剂；聚合活性单体包括环烯丙基硫化物单体和硫醇单体。
[0021]在上述组合物中，环烯丙基硫化物单体和硫醇单体聚合，硫醇
‑
烯反应采用阶梯生长自由基机制进行聚合，交联网络的凝胶时间延迟使得官能团的转化达到更高的水平，同时在单体主链引入稳定的S
‑
C结构，有效提高了单体的折射率，进一步提高了单体与成膜组分的折射率差，从而得到具有高折射率调制度的光致聚合物材料，且具有更宽的角度选择性。同时，环烯丙基硫化物与多硫醇的自由基开环聚合反应符合点击化学反应特征，没有副产物，聚合单体不会发生较大的聚合诱导收缩，交联聚合反应具有更低的收缩率，使光致聚合物薄膜具有更高的的尺寸稳定性和存储稳定性。这些组分的组合以及后述各组分的百分比范围，是通过大量试验确定的，各组分以及百分比范围使本专利技术的光致聚合物组合物材料具有上述稳定性、低收缩性、更宽的角度选择性，且兼具有较高衍射效率和折射率调制。
[0022]环烯丙基硫化物单体在一些具体的实施方案中，适用于本申请的环烯丙基硫化物单体具有如下通式（I）或通式（II）的七元环或八元环结构：
（I）（II）其中，R1表示氢原子、烷烃基团、芳香烃基团、含醚键的基团、含硫醚的基团或含环烷烃基团；R2和R3各自独立地表示为氢原子、烷基酰基、含双键的烷基酰基、芳基酰基、含醚键的烷基或芳基酰基、含环烷烃基团的烷基或芳基酰基或含苯环的酰基。在一些具体的实施方案中，R2、R3基团可以为含有1或2个含有苯环结构的酰基基团。进一步，从抑制成膜后尺寸收缩率以及平衡加工性的角度考虑，在优选的实施方案中，每个R2和R3基团出现时，其为含有1个苯环结构的烃基酰基基团。
[0023]另外，本申请中对于环烯丙基硫化物单体的结构，没有特别限定，优选为酰基基团以脂肪族酰基基团、含苯环结构的酰基基团的形式出现。另外，在其他的一些具体实施方案中，R2、R3基团中的烃基酰基结构，烃基链上可以连接醚基基团，适本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于全息记录的光致聚合物组合物，其特征在于，包括如下组分：聚合活性单体、成膜组分、染料化合物、引发剂、增塑剂以及表面助剂；所述聚合活性单体包括环烯丙基硫化物单体和硫醇单体。2.根据权利要求1所述的一种用于全息记录的光致聚合物组合物，其特征在于，所述环烯丙基硫化物单体具有如下通式（I）或通式（II）的结构：（I）（II）其中，R1表示氢原子、烷烃基团、芳香烃基团、含醚键的基团、含硫醚的基团或含环烷烃基团；R2和R3各自独立地表示为氢原子、烷基酰基、含双键的烷基酰基、芳基酰基、含醚键的烷基或芳基酰基、含环烷烃基团的烷基或芳基酰基或含苯环的酰基。3.根据权利要求1所述的一种用于全息记录的光致聚合物组合物，其特征在于，所述环烯丙基硫化物单体的折射率为1.53以上。4.根据权利要求1所述的一种用于全息记录的光致聚合物组合物，其特征在于，所述硫醇单体为具有至少3个官能团的多官能团硫醇单体。5.根据权利要求4所述的一种用于全息记录的光致聚合物组合物，其特征在于，所述多官能团硫醇单体与环烯丙基硫化物单体的摩尔比为...

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