[发明专利]一种银纳米颗粒掺杂的高性能光致聚合物薄膜材料及制备和应用

说明书

一种银纳米颗粒掺杂的高性能光致聚合物薄膜材料及制备和应用，属于薄膜技术领域。按照质量比将丙烯酸酯类单体、光引发剂、光敏剂混合加热搅拌至均匀状态；将银纳米颗粒分散到有机溶剂中，然后，将银纳米颗粒分散液加入到上述得到的丙烯酸酯类单体的混合液体材料中，搅拌均匀放置于一密闭容器中在避光条件下抽真，使有机溶剂挥发，涂膜，在532nm的相干光催化下发生光化学反应生成聚合物光栅薄膜，不易潮解，具有良好的稳定性，聚合物薄膜材料，可以作为全息记录材料。增大了材料的折射率调制、衍射效率；降低了材料的收缩率：该材料对氧气和水不敏感，增强了材料的稳定性及储存时间；材料的厚度降低，减小了材料的光学损耗。

技术领域

本发明涉及一种银纳米颗粒掺杂的高性能光致聚合物薄膜材料及制备方法和应用，属于薄膜技术领域。

背景技术

对新材料的探索一直是各学科发展的基础，同时也直接反应了国家的制造能力、科技实力、经济实力和国际竞争力等综合国力。用于光学器件的聚合物材料的合成与研究作为光学材料科学中的重要组成部分，近年来得到了飞速发展，其在工业产品中使用变得更加广泛，如近年来光折变材料、3D打印材料、光波导材料、非线性光学材料、生物医学材料等。光学聚合物材料性能的好坏与否直接决定了相关工业产品的质量和市场竞争力。因此，加快发展光学聚合物，提高其光聚合物器件产品性能，对于我国的科技发展，工业创新和经济建设有着至关重要的意义。在光致聚合物材料发展的几十年里，二十世纪末二十一世纪初因其作为体全息存储材料具有良好的优越性受到了各界的瞩目，得到了迅速的发展。科研人员通过利用不同的聚合方式，改变单体种类以及掺杂液晶等纳米颗粒的方式使得光致聚合物材料的性能不断优化，进而引起了各界的关注。近年来，光致聚合物材料不仅在体全息存储方面的取得了良好的成果，基于光致聚合物材料制备的各类光学器件，如分布式反馈激光器(DFB)，光纤布拉格光栅(FBG)等器件在生物传感，光纤通讯等领域的发展也获得了不俗的发展，共同推动着光致聚合物材料的不断发展。

光致聚合物是一种基于光诱导产生的聚合反应，是光化学方法产生自由基或阴/阳离子引发单体分子发生聚合的反应，单体可以直接受光激发引起聚合，也可由光引发剂或光敏剂受光作用引发单体聚合，后者又称光敏引发聚合。激光全息记录材料，一般均采用引发剂引发聚合。引发聚合是引发剂首先吸收光于跃迁到激发态，在激发态的引发剂产生活性种子(自由基或离子)，这种活性种子再引发单体聚合。作为全息记录材料的光致聚合物体系一般包含光引发剂、一种或多种单体、成膜剂等。一般的光聚合单体在光照时不敏感，不能直接产生聚合，所以通常要在其中掺入对某一波段敏感的光聚合引发剂。

用光致聚合物来制备全息光栅的过程如下，两束相干光以一定角度投射到聚合物单体和纳米颗粒的基底上。如图1所示，在曝光前，材料中的单体和纳米颗粒为均匀分布。曝光时，两束光在材料表面干涉形成亮暗条纹,在这种干涉条纹模式下，单体在明场进行聚合反应，由于浓度梯度变化，暗场的单体分子扩散至明场；同时，光聚合反应中，单体与纳米微粒子之间存在化学势作用，二者之间产生互扩散，驱动纳米粒子由明场扩散至暗场。因为单体与聚合物密度差异，聚合反应会引起材料体积收缩。通过扩散作用，纳米粒子有效的减小了由光化学反应产生的体积收缩变化。

实验室常用记录系统如图2所示，记录光(532nm)在扩束准直后经过分束镜，被分成两束偏振态一致、光强相近的光，这两束光在经反射镜调整光路方向后在样品放置处发生干涉。样品置于干涉场内发生光化学聚合反应，随着反应的进行样品内形成折射率周期变化的体光栅。探测光(633nm)照射到样品上，置于样品后的光学探测器实时监测样品聚合反应过程，两个探头(detector)分别检测透射光与衍射光。

用于制备光学器件的光致聚合物需具备高感光灵敏度(＞500cm/J)，反应的响应速度快，收缩率低(＜0.5％)，动态范围大，能快速完成全息的记录；记录的光致聚合物光栅折射率调制度高(折射率调制度＞5×10^-3)，衍射效率高，保真性好，非易失等特性。将光致聚合物的应用拓展到光学器件的制备上(如 DFB,FBG)通常基于光致聚合物光栅，因此材料在聚合前后的收缩率与光栅的折射率调制度是制备光学器件最关注的参数