научная статья по теме ОСОБЕННОСТИ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ СРЕД НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОНОДОНОРНЫХ ОЛИГОМЕРОВ ЛИНЕЙНОГО И РАДИАЛЬНОГО СТРОЕНИЯ Химия

Текст научной статьи на тему «ОСОБЕННОСТИ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ СРЕД НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОНОДОНОРНЫХ ОЛИГОМЕРОВ ЛИНЕЙНОГО И РАДИАЛЬНОГО СТРОЕНИЯ»

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.

Показать целиком