2022年新闻


胡坡同学在快速响应全息存储材料研究中取得新进展


  光致聚合物全息存储材料感光敏感度不足,将难以有效降低全息数据存储过程产生的能耗,也极大限制了全息数据存储技术的推广应用。胡坡等人通过自由基聚合和高分子枝接技术,把八甲基丙烯酰氧基聚倍半硅氧烷(Ma-POSS)引入到菲醌掺杂聚甲基丙烯酸甲酯(PQ/PMMA)光聚合物当中,制备了星型高分子光致聚合物POSS-PMMA/PQ。

图1. POSS-PMMA/PQ的星型高分子结构

图2. (a)不同POSS含量的强度全息衍射效率和(b)感光灵敏度

  实验发现超支化的星型高分子POSS-PMMA可以显著提高PQ/PMMA光致聚合物的感光灵敏度(~ 5.5 倍)和衍射效率(~ 50%),如图2(a)和(b)所示。分析表明,POSS在聚合物体系当中,除了参与热聚合形成星型高分子外,POSS支链上大量残余的C=C键更容易与PQ发生反应以显著提升POSS-PMMA/PQ的光反应效率。此外,具有增塑剂作用的星型聚合物POSS-PMMA使材料结构更加松散,有利于光引发剂PQ的扩散形成光栅,从而有效增加光栅强度。同时,POSS材料的笼型Si-O-Si核心具有较好的结构强度,因此,引入的POSS在增强材料的整体机械性能的同时,显著降低了材料的光致收缩(~ 4倍)。结果如图3(a-c)所示。

图3. (a) POSS-PMMA/PQ的光反应过程。(b) 响应时间和C=C键含量随POSS浓度的变化曲线。
(c) POSS-PMMA/PQ和PQ/PMMA材料的布拉格角偏移量

  经过同轴全息存储系统的数据存储验证发现,POSS-PMMA/PQ材料可以在较短时间内(~30s)完成较低误码率(BER)和较高信噪比(SNR)的二维数据页存储。并且,由于感光灵敏度和衍射效率的提升,在相同读取光强条件下,POSS-PMMA/PQ材料更容易达到过饱和曝光量(衍射光栅强度较高造成读取信号太亮导致无法计算SNR的结果)。结果如图4(a-f)所示。

图4 POSS-PMMA/PQ和PQ/PMMA材料在不同存储时间下的 (a) 误码率和 (b) 信噪比结果。
存储时间为30s时 (c) PQ/PMMA材料和 (d) POSS-PMMA/PQ材料的再现效果。
(e) 存储时间为270s时,PQ/PMMA材料的再现效果, (f) 存储时间为35s时,
POSS-PMMA/PQ材料的再现效果

  综合以上研究结果,本工作首次提出了通过引入超支化多官能团(甲基丙烯酰氧基)共聚物Ma-POSS实现了对PQ/PMMA光致聚合物感光灵敏度和衍射效率的显著提升,同时大大降低了材料的光致收缩,实现了快速高保真的全息数据存储,并首次构建了POSS-PMMA/PQ光致聚合物热聚合和光反应的微观机理,结果图5所示。

图5 POSS-PMMA/PQ材料光反应过程的微观机理图

  相关成果以“Highly Sensitive Photopolymer for Holographic Data Storage Containing Methacryl Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane”为题目被国际权威期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》(一区Top,IF=9.229)接收。发表在ACS Applied Materials & Interfaces, Vol.14, No.18, 21544-21554 (2022)上。
  论文的相关链接:https://doi.org/10.1021/acsami.2c04011




(2022.04.29)



This Page was written by Information Photonics Research Center (yhren@fjnu.edu.cn); at Mar. 8, 2022.