ХИМИЯ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ, 2013, том 47, № 4, с. 298-302
== ПРОЦЕССЫ И МАТЕРИАЛЫ
ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
УДК 678.621.315.772.93
ОСОБЕННОСТИ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ СРЕД НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОНОДОНОРНЫХ ОЛИГОМЕРОВ ЛИНЕЙНОГО И РАДИАЛЬНОГО СТРОЕНИЯ
© 2013 г. Ю. П. Гетманчук, Н. А. Давиденко, Л. Р. Куницкая, Е. В. Мокринская,
C. Л. Студзинский, Н. Г. Чуприна
Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко 01601МСП, Киев, Украина E-mail: ndav@univ.kiev.ua Поступила в редакцию 24.12.2012 г. В окончательном виде 06.02.2013 г.
Исследованы информационные свойства голографических регистрирующих сред для фототермопластического способа записи с пленками олигомерных композитов на основе карбазолилсодержа-щих соолигомеров линейного и радиального строения с центром разветвления на атомах кремния и германия. Среды на основе радиальных олигомеров обладают большей голографической чувствительностью из-за более высокой пластичности и способности к накоплению объемного электрического заряда за время экспозиции. Накопление объемного электрического заряда связано с захватом фотогенерированных дырок энергетическими ловушками, создаваемыми димерами из концевых карбазолильных групп, которых больше в макромолекулах радиальных олигомеров по сравнению с линейными.
DOI: 10.7868/S0023119713040042
Создание новых материалов, обладающих свойством фотопроводимости в видимой и ближней ИК-области света, является весьма актуальной задачей для их практического использования в фотоэлектрических преобразователях солнечной энергии, излучателях света, модуляторах и переключателях световых потоков, устройствах записи, хранения и обработки оптической информации. Наряду с неорганическими полупроводниками представляется перспективным использование органических олигомеров и композиций (ОК) на их основе [1—8]. В общем случае фотопроводимость пленок ОК обеспечивается присутствием в них молекул трех типов: доноров, акцепторов и центров фотогенерации носителей заряда [9, 10]. После поглощения кванта света в центре фотогенерации и межмолекулярных электронных переходов образуется электронно-дырочная пара (ЭДП). Диссоциация ЭДП приводит к появлению свободных носителей заряда и возможности их транспорта в объеме пленки ОК [11, 12].
Для создания ОК с дырочным типом проводимости используются олигомеры с электронодо-норными заместителями. Наибольший опыт создания таких ОК накоплен для информационных регистрирующих сред (электрографических и голографических) [13, 14]. Эти ОК апробированы в голографических регистрирующих средах (ГРС) для фототермопластического (ФТП) способа за-
писи оптической информации [14, 15] и в фотоэлектрических преобразователях [16]. ГРС для ФТП способа записи голограмм должны обладать необходимыми реологическими свойствами, высоким электрическим сопротивлением в темноте, большой фотопроводимостью. Однако в литературе мало освещены аспекты влияния структуры олигомеров на указанные выше свойства. Целью настоящей работы было проведение сравнительного анализа информационных свойств ГРС на основе олигомеров с линейным и радиальным строением молекул.
ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
В качестве основы ОК использовали соолиго-мер глицидилкарбазола с бутилглицидиловым эфиром (ГКБЭ) линейного строения и радиальные оли-гомеры: тетразамещенный силан (РТС) и тетраза-мещенный герман (РТГ):
-I- си2- си- о4-|- си2- си- о4
I I \п1 У __ л т
CH
I
N.
2
2
CH
I
O
C4H
4H9
ГКБЭ
Si (f-O-CH2-CH-]B) ' CH2 '4
I 2
,N
РТС
Ge -[O-CH2
-CH-
CH2
N
O
CH3
I
Si-t-OH|
CH
3
РТГ
В качестве сенсибилизатора фоточувствительности ГРС использовали акцептор ундециловый эфир 2,7-динитро-9-дицианметиленфлуорен-4-карбоновой кислоты (УД-ДДФК):
COOCnH23
O2N
no2
A/Amax i.0
400
500
600 700 X, нм
800
А N0 СК
УД-ДДФК
При контактировании молекул акцептора с кар-базолильными фрагментами олигомеров (в жидких растворах и твердых пленках) образуются межмолекулярные комплексы с переносом заряда (КПЗ), о чем свидетельствует появление новой широкой полосы поглощения, которая отсутствует в электронных спектрах отдельных компонентов ОК [10]. Нормированные спектры оптической плотности (А) пленок ОК на основе ГКБЭ, РТС и РТГ с одинаковой концентрацией УД-ДДФК в видимом диапазоне света практически совпадают (рис. 1), что свидетельствует об образовании идентичных КПЗ в этих пленках.
Для записи голограмм ФТП способом ГРС готовили так же как в [5, 8, 9, 17] в виде тонкой пленки ОК, нанесенной на прозрачный электропроводящий подслой 8п02 : 1п203 с сопротивлением 20 Ом/квадрат. Соотношение компонентов составляло: олигомер — 97 мас. %, УД-ДДФК — 3 мас. %. Толщина (X) пленок ОК 1.1—1.2 мкм, которая является оптимальной в ГРС.
Измерения фототермопластических характеристик ОК проводили способом по известной методике [5, 8, 9, 17] регистрации голограмм плоского волнового фронта (пространственная частота 500 мм-1, длина волны света использованного полупроводникового лазера 650 нм, соотношение интенсивности света в опорном и объектном лу-
Рис. 1. Нормированный спектр поглощения пленок ГКБЭ, РТС и РТГ, содержащих 3 мас. % УД-ДДФК.
чах i : i). Во время процесса проявления непрерывно измеряли дифракционную эффективность (n) востановленного изображения голограмм плоского волнового фронта в — i порядке дифракции с использованием фотоприемника, электрический сигнал от которого подавался на вход запоминающего осцилографа Tektronix TDSi00iB. Процесс проявления голограммы не останавливали при достижении максимального значения n, а продолжали нагрев ОК за время длительности t импульса тока до полного стирания голограммы.
При проведении экспериментов обнаружено, что исследуемые ГРС обладают эффектом "памяти" на предварительное экспонирование светом до процесса зарядки поверхности пленки ОК в коронном разряде. Поэтому были проведены исследования зависимости n от времени (ti) экспонирования до начала цикла зарядки и проявления скрытого изображения голограммы, а также зависимости n после длительного экспонирования ГРС от времени (t2) задержки до начала цикла зарядки и проявления скрытого изображения. В этих экспериментах при измерениях использовали только опорный лазерный луч, а объектный луч перекрывали. Перед каждым последующим измерением производили зарядку поверхности пленки ОК в темноте и через подслой SnO2 : In2O3 пропускали несколько длительных импульсов тока для нагрева пленки ОК, а затем убеждались, что эффект "памяти" нивелирован.
Для выяснения причины наличия эффекта "памяти" провели дополнительные исследования. Для этих исследований образцы готовили в виде сэндвич-структур стеклянная подлож-ra/SnO2 : Ы^^пленка ОК/Ag. В образцах измеряли величину концентрации (Q) неравновесного электрического заряда, который возникает в
300
и
_|_I_I_I_I_
ГЕТМАНЧУК и др.
п, %
-"-(а)
_|_I_I_I_1_
_|_I_I_I_I_1_ (б)
»х,_Л
и ' ?2
J_I_I_I_I_|_
■(в)
Рис. 2. Эпюры, показывающие последовательность включения электрического напряжения (а), облучения светом (б) и измерения тока проводимости (в) в образцах 8п02 : 1й20з/ОК/А?.
объеме пленки ОК после облучения светом без приложения внешнего электрического напряжения. Методика определения О и зависимости Q от времени (?1) облучения и времени (?2) после выключения света представлена эпюрами на рис. 2. Вначале в темноте к образцу прикладывали электрическое напряжение (и) и с помощью запоминающего осциллографа регистрировали кинетику тока (£1) проводимости. Далее электрические контакты закорачивали и образец облучали светом в течение времени t1, выключали свет, а спустя длительности времени ?2 электрические контакты раскорачивали, к образцу прикладывали электрическое напряжение и и регистрировали кинетику тока (£2). Из этих измерений определяли кинетику накопления и релаксации О, используя
соотношение О = |( 12 - 11 , где е — заряд
электрона, Б — площадь образца сэндвич структуры. В качестве источников света для измерений О использовали красный светодиод (сила света 30 кандэл), максимум излучения которого находится вблизи длины волны света 650 нм. Освещение образцов производили со стороны слоя 8п02 : 1п203. Величину и изменяли в диапазоне 20—300 В. Измерения проводили при комнатной температуре.
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Установлено, что величина ц возрастает в 1.5 и
2 раза при переходе от ГРС с ГКБЭ к ГРС с РТС и РТГ соответственно. На рис. 3 представлены графики зависимости ц—t после начала проявления скрытого изображения голограммы. На рис. 3 видно, что максимальное значение ц достигается при меньших значениях t для ГРС с ОК на основе РТГ и РТС по сравнению с ГРС на основе ГКБЭ. Последнее означает, что развитие геометрического рельефа поверхности пленки ОК с РТГ и РТС в процессе проявления голограммы происходит при меньших температурах по сравнению с ГКБЭ.
24 20 16 12 8 4
1.0 t, мс
Рис. 3. Графики кинетики нарастания и релаксации п после начала импульса тока проявления голограммы плоского волнового фронта в ГРС с ОК на основе ГКБЭ (1), РТС (2) и РТГ (3).
Однако увеличение голографической чувствительности при переходе от ГРС с ОК на основе ГКБЭ к РТГ и РТС может иметь еще одну причину, которая определяет наличие эффекта "памяти" на предварительное экспонирование ГРС до начала зарядки ОК в коронном разряде и проявления скрытого изображения голограммы. На рис. 4 представлены графики зависимости ц от длительности времени t1 и измеренные в образцах ГРС с ОК на основе РТГ (кривые 1, 3) и РТС (кривые 2, 4). Насыщение эффекта "памяти" (достижение стационарного значения в зависимости ц—t1) происходит быстрее (кривые 1, 2 на рис. 4), чем его релаксация (зависимость ц—(кривые 3, 4 на рис. 4). Кроме того кинетические кривые зависимостей ц—^ и ц—^ симбатны зависимостям и О—^ (кривые 5, 6 на рис. 4). Величина О возрастает с ростом и и не зависит от полярности прикладываемого электрического напряжения. Последнее указывает на то, что эффект "памяти" в ГРС определяется накоплением и релаксацией электрического объемного заряда в пленках ОК в результате облучения светом. Отметим, что в образцах ГРС с ОК на основе ГКБЭ обсуждаемый эффект "па
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.