ХИМИЯ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИИ, 2008, том 42, № 1, с. 50-55
ПРОЦЕССЫ И МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
УДК 621.3.087.61-621.315.592
СЕНСИБИЛИЗАЦИЯ СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ФОТОТЕРМОПЛАСТИЧЕСКИХ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ РЕГИСТРИРУЮЩИХ СРЕД МОНО- И ДИФТАЛОЦИАНИНАМИ МЕТАЛЛОВ (Zn, Dy) В ПРИСУТСТВИИ Рг203
© 2008 г. Н. А. Давиденко*, Н. Г. Спицыша**, А. С. Лобач**, М. О. Бреусова*** **** И. П. Калашникова****, Л. И. Костенко*****, Ю. П. Гетьманчук*, Е. В. Мокринская*, Л. Н. Гуменшк*, Н. Г. Чуприна*, В. А. Павлов*, С. Л. Студзинский*
*Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко Украина, 01033, Киев, ул. Владимирская, 64 E-mail: daviden@ukrpack.net **Институт проблем химической физики Российской академии наук 142432, Московская обл., Черноголовка, просп. Академика Н.Н. Семенова, 1 ***Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова 119992, Москва, Воробьевы горы ****Институт физиологически активных веществ Российской академии наук 142432, Московская обл., Черноголовка ***** ИНФОУ НАН Украины, Донецк Поступила в редакцию 05.02.2007 г.
Изучены голографические, электро- и фотопроводящие свойства пленок на основе карбазолилсо-держащего соолигомера с добавками 2,3,9,10,16,17,23,24-октабутилфталоцианин цинка (PcBuZn), двухпалубного фталоцианина диспрозия (Dy(Pc)2), частиц Pr2O3. Большей фотопроводимостью характеризуются пленки с PcBuZn, что обусловлено фотогенерацией долгоживущих триплетных зарядовых пар. Наличие Dy в молекулах сенсибилизатора или частиц Pr2O3 в пленках способствует увеличению их фотопроводимости, что связывается с увеличением скорости синглет-триплетной конверсии зарядовых пар.
Фототермопластический (ФТП) способ записи голограмм используется для архивации информации, защиты ценных бумаг и художественной голографии, а также представляется наиболее адекватным для голографической интерферометрии и не-разрушающего контроля по причине высокой разрешающей способности и быстрого сухого проявления голограмм без изменения положения регистрирующей среды [1, 2]. Регистрация голограмм осуществляется на тонкие пленки, обладающие фотополупроводниковыми и термопластическими свойствами, нанесенные на покрытые прозрачным проводящим подслоем прозрачные подложки. Перед экспонированием эту пленку заряжают в коронном разряде. При регистрации голограмм вследствие фотопроводимости пленки происходит модуляция поверхностной плотности заряда и образуется скрытое электростатическое изображение. После экспонирования через электропроводящий подслой пропускают импульс электрического тока, что приводит к разогреву пленки и проявлению скрытого электростатического изображения в виде геометрического рельефа поверхности пленки. Для стирания геометрического рельефа пленку нагревают до бо-
лее высоких температур, при которых происходит выравнивание геометрического рельефа. После остывания пленки эту регистрирующую среду можно использовать для последующих циклов записи-стирания голограмм.
Для ФТП-способа записи голограмм наиболее широко известны регистрирующие среды на основе пленок поли-К-эпоксипропилкарбазола (ПЭПК), содержащие добавки органических акцепторов или красителей [2-4]. Центрами поглощения света на длине волны излучения используемого лазера и фотогенерации носителей заряда (зарядовых пар) в таких пленках используют межмолекулярные комплексы с переносом заряда (КПЗ) или молекулы красителя. При поглощении кванта света происходит перенос электрона между донором (карбазоль-ным фрагментом ПЭПК) и КПЗ или молекулой красителя. Образовавшаяся зарядовая пара во внешнем электрическом поле разделяется на свободные носители заряда, которые создают ток фотопроводимости. Причем обычно подвижность дырок больше подвижности электронов из-за большей концентрации в полимерной матрице донорных фрагментов - карбазольных ядер ПЭПК. Недостат-
ком регистрирующих сред с КПЗ в качестве центров фотогенерации является малое значение коэффициента поглощения и его зависимость, а значит и зависимость информационных характеристик регистрирующих сред, от условий приготовления полимерных пленок. Это обусловлено тем, что образование КПЗ между карбазольными фрагментами ПЭПК и молекулами акцепторов происходит как в жидких растворах, из которых готовятся пленки, так и в процессе формирования пленок при удалении растворителя. Более предпочтительным в этой связи является применение сенсибилизаторов фотопроводимости ПЭПК с узкой и интенсивной полосой поглощения в видимой области света вблизи длины волны света используемого лазера. Такими сенсибилизаторами являются органические красители. Коэффициент поглощения полимерных пленок с красителями, в отличие от пленок с КПЗ, не зависит от условий их приготовления. Эффективность фотогенерации зарядовых пар может быть управляемой при использовании красителей, в молекулах которых содержатся атомы с большим магнитным моментом. В последнем случае наблюдается сильная зависимость вероятности разделения или рекомбинации зарядовых пар от влияния магнитных атомов на спиновую конверсию этих пар [5, 6]. К органическим красителям, в молекулах которых содержатся высокоспиновые атомы, могут быть отнесены фталоцианины.
Однако в литературе недостаточно изучен вопрос о возможности использования фталоциани-нов в качестве сенсибилизаторов регистрирующих сред, хотя они рассматриваются как центры фотогенерации и рекомбинации носителей заряда в фотоэлектрических преобразователях солнечной энергии, электролюминесцентных излучателях [7-9]. В последних случаях большую эффективность в преобразовании энергии света связывают с наличием в структуре молекул атомов металлов, выполняющих роль катализаторов спиновой конверсии [10-12]. Поэтому целью работы было исследование информационных и фотофизических свойств голографических регистрирующих сред для ФТП способа записи оптической информации, в которых в качестве сенсибилизаторов фоточувствительности используются фталоцианины, а также изучение влияния добавки частиц Рг203 на эти свойства.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Для приготовления регистрирующих сред использовали соолигомер глицидилкарбазола с 10 мол. % бутилглицидилового эфира (ГКБЭ), который характеризуется температурой размяг-
чения +(68-72)°С и хорошими пластическими свойствами:
^сщ-сн-о^сщ-сн-о]^
I
СН2
I
СН2
0
1
С4Н9
ГКБЭ
В качестве сенсибилизирующих добавок использовали монофталоцианин цинка (РеВи2п) и дифтало-цианин диспрозия Бу(Ре)2, синтезированные по методикам, описанным в [13] и [14] соответственно:
Ви
РсВигп
Оу(Ре)2
Коллоидные растворы частиц Рг203 приготавливали по методике, описанной в [15], что обеспечивает средний размер этих частиц 5-15 нм [16]. Регистрирующие среды с полимерными пленками толщиной 1.1-1.3 мкм, ГКБЭ + 1 мас. % РеВи2п, ГКБЭ + 1 мас. % Бу(Ре)2, ГКБЭ + 1 мас. % РеВи2п + + 0.3 мас. % Рг203 и ГКБЭ + 1 мас. % Бу(Ре)2 + + 0.3 мас. % Рг203 готовили по методике, описанной в [4]. Кроме того для исследования электро- и фотофизических свойств полимерных пленок приготавливали образцы сэндвич-структуры: стек-
Рис. 1. Спектры поглощения (1, 2) и фотолюминесценции (3, 4) пленок ГКБЭ + 1 мас. % PcBuZn (1, 3), ГКБЭ + 1 мас. % Dy(Pc)2 (2, 4). Возбуждение люминесценции светом лазера с X = 650 нм.
лянная подложка - электропроводящий слой Бп02 : : 1п203 - полимерная пленка - Ag.
В регистрирующих средах ФТП-способом записывали голограммы плоского волнового фронта с пространственной частотой 500 мм-1, которая является оптимальной для регистрирующих сред на основе карбазолилсодержащих олигомеров и соолигомеров [2], при использовании полупроводникового лазера с длиной волны света X = 650 нм. Контролируемым параметром была максимальная величина дифракционной эффективности (п) записываемой голограммы, определяемая в -1 порядке дифракции [1, 17]. Запись голограмм проводили для соотношений интенсивностей опорного луча к объектному 1 : 1. Определяли зависимость П от экспозиции (Л), где I - интенсивность света, г -время экспонирования. Спектры оптической плотности (Л) и интенсивности (!ь) фотолюминесценции полимерных пленок измеряли в диапазоне длин волн света X = 400-1000 нм с помощью спектрально-вычислительного комплекса КСВИП-23. Образцы сэндвич-структуры использовали для измерений плотности тока электропроводности (¡^ и фототока (УрН) при их облучении светом лазера со стороны электрода Бп02 : 1п203. Величину ¡РН определяли как добавку к в процессе облучения. Интенсивность света изменяли нейтральными светофильтрами в диапазоне 0.2 - 20 Вт/м2. Напряженность (Е) электрического поля в полимерной пленке при приложении напряжения к электрическим контактам измеряли в диапазоне (0.5-10) х 107 В/м. Все
измерения проведены при температуре 295 К, при которой проходит экспонирование голограмм.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Пленки ГКБЭ без специально введенных добавок прозрачны и не обладают фотопроводимостью в видимой области света. Эти пленки с добавками РеВи7п или Бу(Ре)2 приобретают окраску, характерную для жидких растворов введенных красителей. На рис. 1 представлены нормированные графики зависимости Л и !ь от X. При переходе от пленок с РеВи7п к пленкам с Бу(Ре)2 происходит гипсохромный сдвиг максимума поглощения (на 30 нм) и батохромный сдвиг (на 5-7 нм) максимума фотолюминесценции. Относительный квантовый выход фотолюминесценции для пленок с Бу(Ре)2 в 7-9 раз меньше, чем для пленок с РеВи7п. Такие изменения спектров характерны при сравнении мо-нофталоцианинов с дифталоцианинами параллельной ориентации и эти изменения происходят из-за расщепления электронных уровней сближенных хромофоров [18, 19]. Именно последний случай соответствует строению Бу(Ре)2. Известно [21, 20],
что электронные переходы 50- 5 ^ и 50- 51 обусловливают появление в спектрах поглощения бискра-сителей соответственно коротко- и длинноволновых полос поглощения по отношению к красителю с одним хромофором. В случае предельных углов между хромофорами в спектре поглощения проявляется только одна полоса: при параллельном расположении (угол между ними 0°) - коротковолновая, а при линейном (угол равен 180°) - длинноволновая. Это вызвано тем, что в первом слу
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.