纳米氧化铈掺杂双单体丙烯酸酯光致聚合物的全息存储特性研究

郑增荣; 刘悠嵘; 张磬瀚; 申桐; 李绍鑫; 郑继红

doi:10.37188/CJLCD.2023-0002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

纳米氧化铈掺杂双单体丙烯酸酯光致聚合物的全息存储特性研究

材料物理 | 更新时间：2023-07-06

- 纳米氧化铈掺杂双单体丙烯酸酯光致聚合物的全息存储特性研究
- Holographic storage properties of photopolymer doped with nanometer ceria
- 液晶与显示 2023年38卷第7期页码：870-879
- 作者机构：
  
  1.上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
  2.上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室，上海 200093
- 作者简介：
  
  [ "郑增荣（1995—），男，福建泉州人，硕士研究生，2018 年于中北大学获得学士学位，主要从事全息存储方面的研究。811192610@qq. com" ]
  [ "郑继红（1975—），女，安徽怀宁人，博士，教授，2003年于上海理工大学获得博士学位，主要从事聚合物分散液晶和信息光学方面的研究。E-mail：jihongzheng@sina.com" ]
- 基金信息：
  
  科技部重点研发计划(2018YFA0701802);国家自然科学基金(61975122)
- DOI：10.37188/CJLCD.2023-0002
  中图分类号： O614.33
- 收稿日期：2023-01-03，
  
  修回日期：2023-01-31，
  
  纸质出版日期：2023-07-05
- 稿件说明：
移动端阅览
郑增荣, 刘悠嵘, 张磬瀚, 等. 纳米氧化铈掺杂双单体丙烯酸酯光致聚合物的全息存储特性研究[J]. 液晶与显示, 2023,38(7):870-879.

ZHENG Zeng-rong, LIU You-rong, ZHANG Qin-han, et al. Holographic storage properties of photopolymer doped with nanometer ceria[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2023, 38(7): 870-879.
郑增荣, 刘悠嵘, 张磬瀚, 等. 纳米氧化铈掺杂双单体丙烯酸酯光致聚合物的全息存储特性研究[J]. 液晶与显示, 2023,38(7):870-879. DOI： 10.37188/CJLCD.2023-0002.

ZHENG Zeng-rong, LIU You-rong, ZHANG Qin-han, et al. Holographic storage properties of photopolymer doped with nanometer ceria[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2023, 38(7): 870-879. DOI： 10.37188/CJLCD.2023-0002.

摘要

本文研究了纳米氧化铈（CeO

）掺杂的双单体丙烯酸酯光致聚合物（TMPTA/EP828）材料的全息存储性能。通过引入纳米CeO

以及优化配方比例来提升材料的全息性能，分析了CeO

掺杂浓度及预聚合温度对衍射效率的影响。实验结果显示，厚度为100 μm的透射光栅样品在衍射效率（~95%）、光谱透过率（96.1%）、皱缩率（0.504%）、带宽和角度选择性等方面均表现出优秀性能。CeO

的引入可有效提高TMPTA/EP828系统的交联网络结构和记录介质之间的兼容性，促进聚合反应，抑制体积皱缩，减小复用角度间隔，从而提升全息存储的角度复用性能和材料的稳定性。进一步经过光固化和老化实验证明，优化后的光致聚合物配方具有抗老化和耐高温性能。同时，材料制备工艺流程简便、周期短、易保存，可记录多路复用全息图像，在高密度数据存储等领域具有较广泛的应用前景。

Abstract

This article investigates the holographic storage performance of a dual monomer acrylic ester photo-polymer （TMPTA/EP828） doped with nanoceria （CeO

）. By introducing nanoceria and optimizing the formula ratio， the holographic performance of the material is improved. The effect of CeO

doping concentration and pre-polymerization temperature on diffraction efficiency is analyzed. Experimental results show that the transmission grating sample with a thickness of 100 μm exhibits excellent performance in terms of diffraction efficiency （~95%）‍， spectral transmittance （96.1%）‍， shrinkage （0.504%）‍， bandwidth， and angular selectivity. The introduction of CeO

can effectively improve the compatibility between the cross-linked network structure of the TMPTA/EP828 system and the recording medium， promote the polymerization reaction， suppress volume shrinkage， and reduce the angle interval of multiplexing， thereby improving the angle-multiplexing performance of holographic storage and the stability of the material. Further verification through photopolymerization and aging experiments confirms that the optimized photopolymer formulation has anti-aging and high-temperature resistance properties. Meanwhile， the material preparation process is simple， the cycle is short， and it is easy to store. It can record multiple multiplexed holographic images and has great application prospects in high-density data storage and other fields.

关键词

Keywords

references

BRUDER F K ， HAGEN R ， RÖLLE T ， et al . From the surface to volume： concepts for the next generation of optical-holographic data-storage materials ［J］. Angewandte Chemie International Edition ， 2011 ， 50 （ 20 ）： 4552 - 4573 . doi: 10.1002/anie.201002085 http://dx.doi.org/10.1002/anie.201002085

魏然，臧金亮，刘颖，等 . 应用于高密度存储的偏光全息技术研究进展［J］. 光电工程， 2019 ， 46 （ 3 ）： 180598 .

WEI R ， ZANG J L ， LIU Y ， et al . Review on polarization holography for high density storage ［J］. Opto-Electronic Engineering ， 2019 ， 46 （ 3 ）： 180598 . （in Chinese）

张荻琴，赵宇，张震，等 . 绿敏全息记录介质的光敏剂合成及性能研究［J］. 光学学报， 2022 ， 42 （ 2 ）： 0209001 . doi: 10.3788/AOS202242.0209001 http://dx.doi.org/10.3788/AOS202242.0209001

ZHANG D Q ， ZHAO Y ， ZHANG Z ， et al . Synthesis and properties of photosensitizer for green-sensitive holographic recording medium ［J］. Acta Optica Sinica ， 2022 ， 42 （ 2 ）： 0209001 . （in Chinese） . doi: 10.3788/AOS202242.0209001 http://dx.doi.org/10.3788/AOS202242.0209001

LIU Y ， FAN F L ， HONG Y F ， et al . Volume holographic recording in Al nanoparticles dispersed phenanthrenequinone-doped poly（methyl methacrylate） photopolymer ［J］. Nanotechnology ， 2019 ， 30 （ 14 ）： 145202 . doi: 10.1088/1361-6528/aaf070 http://dx.doi.org/10.1088/1361-6528/aaf070

CHEN Y X ， HU P ， HUANG Z Y ， et al . Significant enhancement of the polarization holographic performance of photopolymeric materials by introducing graphene oxide ［J］. ACS Applied Materials & Interfaces ， 2021 ， 13 （ 23 ）： 27500 - 27512 . doi: 10.1021/acsami.1c07390 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.1c07390

SALATA R R ， PELLEGRENE B ， SOUCEK M D . Visible light cure packages for improved drying kinetics in alkyd coatings ［J］. Progress in Organic Coatings ， 2020 ， 144 ： 105672 . doi: 10.1016/j.porgcoat.2020.105672 http://dx.doi.org/10.1016/j.porgcoat.2020.105672

王珩，徐世峰，马佳，等 . 丙烯酰胺光致聚合物全息存储性能研究［J］. 沈阳航空航天大学学报， 2017 ， 34 （ 6 ）： 92 - 96 . doi: 10.3969/j.issn.2095-1248.2017.06.016 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.2095-1248.2017.06.016

WANG H ， XU S F ， MA J ， et al . Research on holographic storage performance of acrylamide photopolymer ［J］. Journal of Shenyang Aerospace ace University ， 2017 ， 34 （ 6 ）： 92 - 96 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.2095-1248.2017.06.016 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.2095-1248.2017.06.016

李春柳，李赟玺，薛晓渝，等 . 掺杂修饰与未修饰Fe 3 O 4 纳米粒子的光致聚合物全息性能［J］. 光子学报， 2014 ， 43 （ 6 ）： 0616006 .

LI C L ， LI Y X ， XUE X Y ， et al . Holographic properties of modified and unmodified Fe 3 O 4 -nanoparticle dispersed acrylate photopolymer ［J］. Acta Photonica Sinica ， 2014 ， 43 （ 6 ）： 0616006 . （in Chinese）

王龙阁，李飞涛，赵磊，等 . 掺杂TiO 2 纳米颗粒的光致聚合物全息特性的研究［J］. 中国激光， 2010 ， 37 （ 12 ）： 3103 - 3107 . doi: 10.3788/cjl20103712.3103 http://dx.doi.org/10.3788/cjl20103712.3103

WANG L G ， LI F T ， ZHAO L ， et al . Study of holographic characteristics of a photopolymer doped with TiO 2 nanoparticle ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2010 ， 37 （ 12 ）： 3103 - 3107 . （in Chinese） . doi: 10.3788/cjl20103712.3103 http://dx.doi.org/10.3788/cjl20103712.3103

LIU P ， SUN X D . Theoretical and experimental investigations of photo-sensitivity and polarization-sensitivity in TI/PMMA polymers ［J］. Optical Materials ， 2021 ， 120 ： 111440 . doi: 10.1016/j.optmat.2021.111440 http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2021.111440

LIU P ， WANG L L ， ZHAO Y ， et al . Holographic memory performances of titanocene dispersed poly （methyl methacrylate） photopolymer with different preparation conditions ［J］. Optical Materials Express ， 2018 ， 8 （ 6 ）： 1441 - 1453 . doi: 10.1364/ome.8.001441 http://dx.doi.org/10.1364/ome.8.001441

NAVARRO-FUSTER V ， ORTUÑO M ， FERNÁNDEZ R ， et al . Peristrophic multiplexed holograms recorded in a low toxicity photopolymer ［J］. Optical Materials Express ， 2017 ， 7 （ 1 ）： 133 - 147 . doi: 10.1364/ome.7.000133 http://dx.doi.org/10.1364/ome.7.000133

JEONG Y C ， JUNG B ， AHN D ， et al . Blue laser-sensitized photopolymer for a holographic high density data storage system ［J］. Optics Express ， 2010 ， 18 （ 24 ）： 25008 - 25015 . doi: 10.1364/oe.18.025008 http://dx.doi.org/10.1364/oe.18.025008

GUO J X ， CAO L ， JIAN J L ， et al . Single-wall carbon nanotube promoted allylic homopolymerization for holographic patterning ［J］. Carbon ， 2020 ， 157 ： 64 - 69 . doi: 10.1016/j.carbon.2019.10.001 http://dx.doi.org/10.1016/j.carbon.2019.10.001

LIU S ， GLEESON M R ， SHERIDAN J T ， et al . Analysis of the photoabsorptive behavior of two different photosensitizers in a photopolymer material ［J］. Journal of the Optical Society of America B ， 2009 ， 26 （ 3 ）： 528 - 536 . doi: 10.1364/josab.26.000528 http://dx.doi.org/10.1364/josab.26.000528

CODY D ， GRIBBIN S ， MIHAYLOVA E ， et al . Low-toxicity photopolymer for reflection holography ［J］. ACS Applied Materials & Interfaces ， 2016 ， 8 （ 28 ）： 18481 - 18487 . doi: 10.1021/acsami.6b05528 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.6b05528

刘攀 . 新型全息材料特性及全息显示技术研究［D］. 上海：上海大学， 2017 .

LIU P . Study on the characteristics of holographic materials and holographic display technology ［D］. Shanghai ： Shanghai University ， 2017 . （in Chinese）

NAYDENOVA I ， JALLAPURAM R ， HOWARD R ， et al . Investigation of the diffusion processes in a self-processing acrylamide-based photopolymer system ［J］. Applied Optics ， 2004 ， 43 （ 14 ）： 2900 - 2905 . doi: 10.1364/ao.43.002900 http://dx.doi.org/10.1364/ao.43.002900

张鹏，刘斌，杜燕萍，等 . 纳米二氧化铈的制备及其光催化性能研究进展［J］. 现代化工， 2020 ， 40 （ 10 ）： 26 - 29 .

ZHANG P ， LIU B ， DU Y P ， et al . Research progress in preparation and photocatalytic properties of nano-ceria ［J］. Modern Chemical Industry ， 2020 ， 40 （ 10 ）： 26 - 29 . （in Chinese）

袁慎忠，鞠文鹏，张燕，等 . 纳米氧化铈的制备及其催化性能的研究［J］. 中国稀土学报， 2003 ， 21 （ S2 ）： 84 - 86 . doi: 10.3321/j.issn:1000-4343.2003.z2.018 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1000-4343.2003.z2.018

YUAN S Z ， JU W P ， ZHANG Y ， et al . Catalytic activity and preparation of nano-ceria ［J］. Journal of the Chinese Society of Rare Earths ， 2003 ， 21 （ S2 ）： 84 - 86 . （in Chinese） . doi: 10.3321/j.issn:1000-4343.2003.z2.018 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1000-4343.2003.z2.018

姚华文，陈仲裕，候立松，等 . 作为光存储材料的有机光致聚合物材料研究进展［J］. 物理学进展， 2001 ， 21 （ 4 ）： 459 - 468 . doi: 10.3321/j.issn:1000-0542.2001.04.006 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1000-0542.2001.04.006

YAO H W ， CHEN Z Y ， HOU L S ， et al . Introduction of holographic data storage-based organic photopolymers ［J］. Progress in Physics ， 2001 ， 21 （ 4 ）： 459 - 468 . （in Chinese） . doi: 10.3321/j.issn:1000-0542.2001.04.006 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1000-0542.2001.04.006

JEONG Y C ， LEE S ， PARK J K . Holographic diffraction gratings with enhanced sensitivity based on epoxy-resin photopolymers ［J］. Optics Express ， 2007 ， 15 （ 4 ）： 1497 - 1504 . doi: 10.1364/oe.15.001497 http://dx.doi.org/10.1364/oe.15.001497

HSIAO Y N ， HSU K Y ， LIN S H . An irgacure 784 doped photopolymers for display holograms recording at 532 nm ［J］. Optical Memory and Neural Networks ， 2009 ， 18 （ 4 ）： 253 - 259 . doi: 10.3103/s1060992x09040018 http://dx.doi.org/10.3103/s1060992x09040018

LIU P ， SUN X D ， WANG L L . Holographic response characteristics influenced by an absorptive diffusion polymerization model in bulk TI/PMMAs ［J］. Applied Optics ， 2019 ， 58 （ 31 ）： 8622 - 8630 . doi: 10.1364/ao.58.008622 http://dx.doi.org/10.1364/ao.58.008622

马晨，张保民，王富强，等 . 基于双化学反应体系的绿敏环氧树脂基光致聚合物全息存储材料［J］. 发光学报， 2013 ， 34 （ 5 ）： 565 - 572 . doi: 10.3788/fgxb20133405.0565 http://dx.doi.org/10.3788/fgxb20133405.0565

MA C ， ZHANG B M ， WANG F Q ， et al . Green laser-sensitized epoxy resin photopolymer holographic storage materials based on a two-chemistry system ［J］. Chinese Journal of Luminescence ， 2013 ， 34 （ 5 ）： 565 - 572 . （in Chinese） . doi: 10.3788/fgxb20133405.0565 http://dx.doi.org/10.3788/fgxb20133405.0565

江竹青 . 光折变晶体中高密度全息存储热固定技术的研究［D］. 北京：北京工业大学， 2003 .

JIANG Z Q . Study on thermal fixing for high-density holographic storage ［D］. Beijing ： Beijing University of Technology ， 2003 . （in Chinese）

康彪，吕画青，刘悠嵘，等 . 采用双单体的丙烯酸酯类光致聚合物材料的全息特性研究［J］. 光子学报， 2022 ， 51 （ 5 ）： 0509001 .

KANG BIAO ， LÜ H Q ， LIU Y R ， et al . Holographic properties of acrylate photopolymer materials with double monomers ［J］. Acta Photonica Sinica ， 2022 ， 51 （ 5 ）： 0509001 . （in Chinese）

LIU Y R ， SHEN T ， KANG B ， et al . Enhancement of holographic performance and stability of photopolymer materials by introducing epoxy resin and dyes ［J］. Optics & Laser Technology ， 2022 ， 156 ： 108580 . doi: 10.1016/j.optlastec.2022.108580 http://dx.doi.org/10.1016/j.optlastec.2022.108580

浏览量

140

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

暂无数据