Materiały polimerowe i hybrydowe do zastosowań optoelektronicznych, Chemia

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
ZAKŁAD INŻYNIERII I TECHNOLOGII POLIMERÓW
mgr inż. Małgorzata Serwadczak
PRACA DOKTORSKA
Materiały polimerowe i hybrydowe do zastosowań
optoelektronicznych
Promotor: Prof. Stanisław Kucharski
Wrocław 2007
Serdecznie dziękuję Panu Profesorowi Stanisławowi
Kucharskiemu za zainteresowanie mnie tematyką pracy,
opiekę naukową oraz wyrozumiałość i życzliwe wsparcie
podczas jej realizacji.
Dr Ewelinie Ortyl dziękuję za dyskusje i cenne uwagi,
wszystkim pracownikom Zakładu Inżynierii
i Technologii Polimerów oraz Koleżankom i Kolegom,
którzy przyczynili się do powstania tej pracy, za
serdeczność i wszechstronną udzielaną mi pomoc.
In addition, special thanks to Prof. Michael
Wübbenhorst for scientific support and for allowing me
the memorable experience of working with the PME
group at Delft University of Technology.
Słowa podziękowania kieruję także do Rodziców za ich
życzliwą pomoc i wsparcie.
SPIS TREŚCI
WPROWADZENIE……………………………………………………………………..3
STRESZCZENIE………………………………………………………………………..5
I WSTĘP TEORETYCZNY
1. FOTOCHROMIZM………………………………………………………………......8
1.1. Izomeryzacja
trans-cis
……………………………………………….......................9
1.1.1. Mechanizm izomeryzacji
trans-cis
ugrupowania azobenzenowego…….10
1.1.2. Podział zawiązków zawierających ugrupowanie azobenzenowe………..11
1.2. Fotoindukowana orientacja ugrupowania azobenzenowego………………………13
1.2.1. Mechanizmy fotoindukowanej orientacji………………………………..14
1.2.2. Czynniki wpływające na fotoorientację………………………………….16
1.2.3. Modele teoretyczne fotoorientacji……………………………………….20
1.2.4. Zastosowanie fotoorientacji……………………………………………...21
2. RELAKSACJA DIELEKTRYCZNA W MATERIAŁACH
FOTOCHROMOWYCH
2.1. Relaksacja dielektryczna w polimerach fotochromowych………………...22
2.2. Relaksacja dielektryczna w hybrydowych materiałach
fotochromowych………..............................................................................23
2.3 Metoda van Turnhouta i Wübbenhorsta analizy
widm relaksacji dielektryczne………………………………......................24
3. OBLICZENIA KWANTOWO-CHEMICZNE…………………………………......26
3.1. Kwantowo – chemiczne metody obliczania właściwości NLO…………...26
3.1.1. Bazy funkcyjne i rodzaje metod…………………………..…......26
3.1.2. Optymalizacja geometrii cząsteczki……………………....…......30
3.2. Cząsteczki o właściwościach nielinio-optycznych……………………......31
4. MATERIAŁY FOTOCHROMOWE, przegląd……………………………………..36
4.1. Polimerowe materiały zawierające ugrupowania azobenzenowe………....36
4.1.1. Azo-funkcjonalizowane polimery w zapisie
siatki dwójłomności………………………………………..…....36
4.1.2. Azo-funkcjonalizowane polimery do zapisu
powierzchniowej siatki reliefowej…………………………..…..41
4.2. Fotochromowe materiały hybrydowe otrzymane metodą zol-żel……...…47
4.2.1. Materiały hybrydowe, wprowadzenie………………………..…47
4.2.2. Przegląd fotochromowych siloksanowych
materiałów hybrydowych…………………………………....….54
5. CEL I ZAKRES PRACY………………………………………….……………..….61
II BADANIA WŁASNE
6. MATERIAŁY I METODY………………………………………..……………...…63
6.1. Charakterystyka surowców……………………………………...……………..….63
6.2. Przepisy preparatywne………………………………………………………….....65
6.2.1. Synteza chromoforów……………………………………………….......65
- 1 -
6.2.2. Synteza chromoforowych monomerów metakrylowych…...……………69
6.2.3. Synteza polimerw metakrylowych………………………………….…....70
6.2.4. Synteza materiałów hybrydowych…………………………………….…73
6.3. Metody pomiarów……………………………………………………………...…..76
6.3.1. Charakterystyka produktów syntez………………………………………76
6.3.2. Pomiary fotoindukowanej orientacji…………………………………..…78
6.3.3. Pomiary elipsometryczne……………………..……………………….…79
6.3.4. Pomiary relaksacji dielektrycznej………………………………………..79
6.3.5. Zapis siatki dyfrakcyjnej…………………………………………………80
6.3.6 Sposoby przygotowywania próbek…………………….…………………80
6.4. Obliczenia kwantowo-chemiczne………………………………………………….82
7. WYNIKI BADAŃ I ICH DYSKUSJA……………………………………………...83
7.1. Obliczenia kwantowo – chemiczne……………………………………..…….…..83
7.1.1. Obliczenia
ab initio
……………………………………………....…...…84
7.1.2. Symulacja widm UVVIS…………………………………………….......89
7.2. Synteza i charakterystyka produktów…………………………………………..…94
7.2.1. Omówienie syntezy chromoforów……………………………………....94
7.2.2. Omówienie syntezy chromoforowych monomerów metakrylowych.....100
7.2.3. Omówienie syntezy polimerów metakrylowych…………………….…101
7.2.4. Omówienie syntezy materiałów hybrydowych…………………….......107
7.2.5. Analiza metodą polaryzacyjnej mikroskopii optycznej……….....…......111
7.2.6. Analiza rentgenograficzna metodą WAXS………………......………....114
7.3. Izomeryzacja
trans-cis
ugrupowania azobenzenowego …………………..……..122
7.3.1. Fotoizomeryzacja
trans-cis
ugrupowania azobenzenowego
w materiałach hybrydowych……………………………......………....122
7.3.2. Fotoizomeryzacja
trans-cis
ugrupowania azobenzenowego
w polimetakrylanach………………………………………..................124
7.4. Fotoindukowana orientacja ugrupowania azobenzenowego………………….....127
7.4.1. Fotooreintacj w hybrydowych materiałach zol-żelowych.....................127
7.4.2. Fotoorientacja w fotochromowych polimetakrylach.............................129
7.5. Modulacja współczynnika załamania światła ………………………………..…133
7.5.1. Badania elipsometryczne materiałów hybrowych…………….............134
7.5.2. Badania elipsometryczne polimetakrylanów.........................................135
7.6. Zapis siatki dyfrakcyjnej…………………………………………………….......137
7.6.1. Wydajność dyfrakcji w materiałach hybrydowych………………..…..138
7.6.2. Wydajność dyfrakcji w polimetakrylanach……………………......…..141
7.7. Relaksacja dielektryczna…………………………………………………...……143
7. 7.1. Relaksacja dielektryczna w fotochromowych polimetakrylanach...…..143
7. 7.2. Relaksacja dielektryczna w materiałach hybrydowych…………...…..156
8.WNIOSKI…………………………………………………………………………..161
9. LITERATURA………………………………………………………………...…..164
- 2 -
WPROWADZENIE
WPROWADZENIE
Szeroko pojęta optoelektronika, która wykorzystuje specyficzne właściwości
w celu pozyskiwania, gromadzenia, przesyłania, obróbki i prezentacji
, jest dziedziną rozwijającą się dynamicznie, rewolucjonizując wiele
obszarów współczesnej techniki. Obserwuje się też nie tylko zadziwiająco szybki
wzrost zastosowań, ale i rozwój nowych technologii warunkujących tempo tego
rozwoju. Tak dynamiczny postęp prowadzi do pojawiania się coraz bardziej
wyrafinowanych rozwiązań, pozwalających na kolejne manipulowanie światłem
w sposób do niedawna uznawany za niemożliwy, czego przykładem mogą być kolejne
rozwiązania w zakresie magazynowania informacji.
Największe nadzieje wiąże się z rozwojem technologii optycznych, a dokładnie
z holograficznymi metodami zapisu informacji.
Technologia dysków holograficznych
pozwala na zapisywanie danych w postaci zakodowanych wzorów trójwymiarowych.
Obecnie w wielu ośrodkach naukowych prowadzone są intensywne prace badawcze nad
nośnikami holograficznymi. Nośniki holograficzne operują całymi stronami danych
i pozwalają na zapis w przestrzeni trójwymiarowej dysku. Zapis stronicowy daje
olbrzymią korzyść, dużo szybszy czas dostępu do danych, które są odczytywane
analogicznie do zapisu, całymi stronami, dzięki odpowiedniemu pozycjonowaniu
wiązki referencyjnej.
Rozwój holografii wiąże się ściśle z poszukiwaniem nowych materiałów
rejestrujących. Najpowszechniej stosowanym w laboratoriach nośnikiem danych był
kryształ niobanu litu (LiNbO
3
), obok innych kryształów związków nieorganicznych,
wykazujących właściwości nieliniowo optyczne, takich jak kwaśny fosforan amonu
(NH
4
H
2
PO
4
) czy kwaśny fosforan potasu (KH
2
PO
4
).
Obecnie w wielu ośrodkach naukowych prowadzone są intensywne badania nad
nowymi efektywnymi materiałami na nośniki holograficzne. Ze względu na liczne
korzyści, jakie niesie za sobą zastosowanie materiałów organicznych i hybrydowych,
one to uważane są za materiały przyszłości. Najbardziej obiecującymi okazują się
fotoczułe materiały polimerowe i hybrydowe. Układy fotochromowe, zarówno
organiczne polimery jak inieorganiczno-organiczne hybrydy, dzięki obecności
- 3 -
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • mement.xlx.pl

    • Tematy