丙烯酸酯光致聚合特性实时测量研究

论文摘要

由光致聚合材料与液晶组成的混合物制作的可电控全息光学元件(全息聚合物分散液晶(HPDLC))有着广泛的应用前景。为了提高器件性能,人们作了大量的研究。目前HPDLC的一些主要的特性参数,如作为光学器件的衍射效率和驱动电压等性能仍有待进一步提高。学界从理论上和实验上系统地研究了HPDLC相位光栅的动态形成过程。经过大量的研究发现,较为彻底的聚合物与液晶的相分离是提高HPDLC光电性能的重要因素。而相分离能否彻底,本质上决定于可光致聚合的单体的聚合程度。因此研究光致聚合动力学及其测量方法,使能够准确的测量材料的光致聚合反应过程,对我们制作性能更优良的HPDLC器件具有重要的意义。由此我们提出了一种高斯光束矩阵传输的光致聚合过程的测量方法,并建立了一套相应的实时测量系统。我们利用这套系统对样品的聚合进行研究,发现,采用不同的间歇式暴光方式(分组脉冲曝光和连续脉冲曝光),可以得到十分不同的结构。本人的工作主要由以下几部分构成:1.根据一维反应扩散模型,模拟计算高斯光束辐照下,聚合体系折射率变化Δn(x,t)具有高斯型空间分布,从而对探测光具有汇聚作用。通过对探测光的小孔衍射测量,便可得到Δn(x,t)的信息。根据这一原理建立了相应实验测量系统,系统采样频率为20Hz,测量灵敏度达到±0.3%,适合实时测量。2.实验中分别使用连续和脉冲两种光源对丙烯酸脂单体(TMPTA)聚合特性进行了实时测量。折射率的变化可分辨到0.1%。实验结果表明单体的后固化(post curing)作用在光致聚合的过程中占有重要作用。3.当使用脉冲激光并采用分组式的方法对样品曝光后,观察到明显的衍射现象,而这一现象在采用连续曝光方法时并未出现,据此我们认为分组曝光在样品中形成了特殊的折射率分布。4.根据菲涅耳衍射理论进行的数值模拟,获得了与实验观察相一致的衍射模式,表明分组曝光后,样品的折射率出现突变。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 全息聚合物分散液晶（HPDLC）综述
• 1.1.1 HPDLC的发展与应用
• 1.1.2 HPDLC的结构与工作原理
• 1.2 光致聚合简介
• 1.3 研究意义及方向
• 第2章 光致聚合反应理论研究
• 2.1 全息聚合物分散液晶形成机理
• 2.1.1 相分离简介
• 2.1.2 光致聚合反应原理
• 2.1.3 全息图形成机理
• 2.2 光聚合动力学的一维反应扩散模型
• 2.2.1 反应扩散模型
• 2.2.2 高斯型光聚合的类透镜效应
• 第3章 丙烯酸酯光致聚合过程的实时测量
• 3.1 光致聚合实时测量技术简介
• 3.2 实时测量丙烯酸酯光致聚合的实验系统
• 3.2.1 测量光斑
• 3.2.2 脉冲激光控制电路
• 3.2.3 系统稳定性
• 3.3 实验样品
• 3.3.1 单体
• 3.3.2 光引发剂
• 3.3.3 协引发剂
• 3.3.4 交联剂
• 第4章 结果与讨论
• 4.1 连续光情况
• 4.2 Nd:YAG激光器曝光
• 4.2.1 连续曝光
• 4.2.2 分组式曝光
• 4.2.3 衍射现象的理论模拟
• 4.3 不同曝光方式的聚合效应
• 第5章 结论
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢
• 参考文献