基于光致聚合物材料的光学器件特性研究

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聚合物材料制备的光学器件具有集成程度高,光学损耗低,适应多种制备工艺的独特优势,在科学研究与工业应用等领域引起了的广泛关注。基于光致聚合物材料制备的光学器件作为现代光学器件重要组成部分,凭借其价格低廉,种类丰富多样,制备工艺简单等特点,在体全息存储,光致发光器件,可穿戴设备,生物传感等领域有着广泛应用。尽管光致聚合物材料器件相比传统光学器件具有明显优势,然而,一方面因为单一成分的光致聚合物本身特性的限制,使其制备的光学衍射器件折射率调制度较低;另一方面,作为传统光致聚合物光学器件的制备技术,紫外与可见光波段的多光束干涉光刻已经不能满足100纳米以下结构制备的需求,从而限制了相关光学器件的发展。本课题从光致聚合物光化学反应机理出发,通过掺杂金属纳米颗粒,提升了光致聚合物全息衍射光栅的折射率调制度,并探究了金属纳米颗粒掺杂型光致聚合物衍射光栅的光引发聚合反应机理。同时利用模板转印法制备了规则有序的聚合物纳米岛结构,结合量子点-聚合物光致发光器件,拓展了光致聚合物的应用领域,具体工作如下:(1)制备了一种新型银纳米颗粒掺杂的光致聚合物材料,利用一步法制备了具有高衍射效率的全息衍射元件。本工作通过极少量的银纳米颗粒掺杂,实现了较大折射率调制的改进。与无纳米颗粒掺杂的光致聚合物相比,掺杂型衍射元件的折射率调制提升了近2倍。此外,通过研究银纳米颗粒在光引发聚合过程中对烃基自由基和初级自由基浓度影响,发现了金属纳米颗粒对光引发聚合反应动力学的影响,对全息光学器件的制备和聚合物合成提供了新的理论依据与借鉴方向。(2)将光致聚合物与模板转印工艺相结合,成功制备了聚合物纳米岛结构。进一步利用此结构作为散射源,制备了基于聚合物散射界面的自支撑量子点/聚合物双层光致发光器件。通过改变聚合物散射界面结构,实现了量子点放大自发发射波长的调谐,并对器件的出射特性及相关机理进行了分析,拓展了光致聚合物在结构转印方面以及制备量子点光致发光方面的应用。
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