[发明专利]一种光聚合物/液晶/硫化锌纳米复合全息光栅及其制备方法

说明书

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种光聚合物/液晶/硫化锌纳米复合全息光栅及其制备方法。本发明采用单官能度丙烯酰胺类单体，多官能度交联剂，液晶，硫化锌纳米粒子，光引发剂作为原料制得混合液，灌入液晶盒后，使用干涉光曝光后得到光聚合物/液晶/硫化锌纳米复合全息光栅，其衍射效率高于90%，驱动电压低于2.5 V/μm，同时具备高衍射效率和低驱动电压，该光聚合物/液晶/硫化锌纳米复合全息光栅在3D显示、调制激光、光子晶体光纤、数据存储、环境监测、生物传感等领域具有广泛的实际应用前景。

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种光聚合物/液晶/硫化锌纳米复合全息光栅及其制备方法。

背景技术

全息聚合物分散液晶光栅是一种富聚合物区与富液晶区呈周期性分布的有序复合材料，其不仅兼具聚合物材料质轻易加工和液晶对外场（如电场、磁场）响应的特性，且具备一维光子晶体微观结构，在3D显示、调制激光、光子晶体光纤、数据存储、环境监测、生物传感等领域具有广泛的应用前景。

全息聚合物分散液晶光栅的实际应用主要由两个技术指标所决定，即衍射效率和驱动电压。如何制备高衍射效率的全息聚合物分散液晶光栅一直是该领域的研究热点，全息聚合物分散液晶光栅的衍射效率主要取决于光聚合物单体与液晶在全息曝光过程中的反向扩散和相分离程度(Annu. Rev. Mater. Sci., 2000, 30, 83-115)。通常，相分离越完善，所形成的全息聚合物分散液晶光栅微观形貌越规整，其衍射效率越高。全息聚合物分散液晶光栅的实际应用所面临另一个挑战是其驱动电压通常较高(J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys., 2014, 52, 232-250)。大多数情况下，全息聚合物分散液晶光栅的驱动电压随其衍射效率的提高而升高（J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 8855-8858；Macromolecules, 2003, 36, 630-638； Opt. Lett., 2004, 29, 1261-1263）。因此，如何制备同时具备高衍射效率和低驱动电压特性全息聚合物分散液晶光栅仍是该研究领域的一项挑战。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种光聚合物/液晶/硫化锌全息纳米复合光栅及其制备方法。本发明首次在制备全息聚合物分散液晶光栅的配方中使用丙烯酰胺单体。丙烯酰胺单体的加入，促进了全息聚合物分散液晶光栅在制备过程中单体和液晶的扩散，并降低了液晶微滴的粒径，从而抑制了光散射，导致所制备的全息聚合物分散液晶光栅的衍射效率随着丙烯酰胺单体含量的增加而显著提高。另一方面，基于丙烯酰胺类单体与硫化锌纳米粒子良好的相容性，本发明首次在向全息聚合物分散液晶光栅中掺杂硫化锌纳米粒子，在对光栅的衍射效率影响不大的前提下，降低了其驱动电压。

本发明的光聚合物/液晶/硫化锌全息纳米复合光栅通过下述步骤制备：

将单官能度丙烯酰胺类单体、多官能度交联剂、光引发剂、液晶和硫化锌纳米粒子分别加入棕色样品瓶中，超声混合，得到均匀的混合液；

将步骤所制得的混合液灌入覆有导电涂层的液晶盒中，获得厚度均匀的封装体；

将一束激光均分成等光强的两束相干光，经过扩束、反射后，形成干涉图案，将步骤所述的封装体在干涉图案下曝光，在干涉图案亮区，光引发剂吸收光子产生自由基，引发单体发生光聚合反应，导致亮区单体被消耗；干涉图案暗区的单体扩散至亮区以参与光聚合反应，同时干涉图案亮区的液晶和硫化锌纳米粒子受挤压向暗区扩散，最终形成周期性分布的光栅结构，得到光聚合物/液晶/硫化锌全息纳米复合光栅。其衍射效率不低于90%，驱动电压不高于2.5 V/μm。

所述的光聚合物/液晶/硫化锌全息纳米复合光栅，各组分的质量百分比为：