Динамика фотоиндуцированных решеток в полимерных материалах: влияние молекулярной диффузии

• Автор: Вениаминов, Андрей Викторович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 463 с. : ил.

Оглавление
Оглавление

Условные обозначения

Введение

Актуальность исследований

Цель и задачи диссертационной работы

Научная новизна

Практическая ценность

Защищаемые положения

Личный вклад автора

Публикации автора по теме диссертации

Апробация работы
Структура и объём диссертации
Содержание диссертации
1. Формирование объёмных голограмм и изучение диффузии
с использованием релаксации фотоиндуцированных решёток
(обзор литературы)
1.1 Диффузия в периодических структурах, исследование процессов переноса голографическим методом
1.1.1 Создание периодических структур и измерение их характеристик для изучения диффузии
1.1.2 Терминология: голография или рассеяние света
1.1.3 Описание метода, общие вопросы, теория
1.1.4 Эффект дополнительных решёток
1.1.5 Несинусоидальные решётки и высшие порядки дифракции
1.1.6 Измерения при переменной температуре
1.1.7 Пространственный и временной масштабы голографических релаксационных измерений

1.1.8 Голографические релаксометры (релаксационные спектрометры)
1.1.9 Сопоставление голографической релаксационной техники с другими экспериментальными методами
1.1.10 Применение голографического релаксационного метода
1.1.11 Исследование полимеров голографическим релаксационным методом.
1.2 Формирование объёмных голограмм за счёт фотоприсоединения
и диффузии, голографические материалы с диффузионным проявлением и их применение (обзор литературы)
1.2.1 Роль диффузии в формировании голограмм. Фотополимеризующиеся материалы
1.2.2 Светочувствительные композиции с хинонами
1.2.3 Формирование голограмм за счёт фотоприсоединения и перераспределения молекул в объёме полимерного материала
1.2.4 Фотоотсоединение, захват свободного объёма и растворителя
1.2.5 Версии материалов с диффузионным проявлением голограмм, способы изготовления, вариации состава
1.2.6 Механизмы формирования и трансформации голограмм
1.2.7 Применение материалов с фенантренхиноном: дифракционные оптические элементы, голографическая память
1.3 Заключение к литературным обзорам
2. Техника голографического релаксационного эксперимента
2.1 Диффузионная релаксация периодических структур
2.1.1. Пространственный масштаб
2.1.2. Дополнительные решётки
2.2 Схемы голографического релаксационного эксперимента, варианты и особенности
2.2.1. Традиционная ("быстрая”) схема
2.2.2. Геометрия записи в попутных и встречных пусках, 90-градусная
2.2.3. Использование пространственных гармоник объёмной решётки
с восстановлением расходящимся пучком
2.2.4. "Медленная" схема
2.2.5. Измерение коэффициента диффузии по динамике контура селективности фотоиндуцированной решётки
2.2.6. Измерение скорости вращательной релаксации голографическим методом
2.2.7. Наблюдение релаксации решётки при периодически меняющейся температуре
2.2.8. Схема с горизонтальным расположением образца
2.3 Светочувствительные молекулярные зонды и метки для исследования диффузии голографическим методом. Приготовление образцов
2.3.1. Фотохромные красители
2.3.2. Хиноны
2.3.3. Приготовление образцов для'голографических релаксационных измерений
2.4 Пример применения голографической релаксометрии: диффузионная релаксация фотоиндуцированных решёток в низкомолекулярном стекле
2.4.1. Диффузия зондов, эффект дополнительных решёток
2.4.2. Диффузия зонда во внутреннем объёме пористого стекла, заполненном низкомолекулярным органическим веществом
2.4.3. Вращательная релаксация
2.5 Трудности применения метода голографической релаксометрии, артефакты
2.5.1. Усложнённый эффект дополнительных решёток
2.5.2. Ограниченная применимость приближения слабой решётки
2.5.3. Относительное смещение участков решётки
2.5.4. Разрушение решётки при измерении
1.1.4 Эффект дополнительных решёток
Во всех общих описаниях метода уделено внимание тому важному факту, что динамику фотоиндуцированной решётки определяют по меньшей мере два процесса, связанных с релаксацией пространственного распределения трансформированных и исходных светочувствительных центров, что значительно усложняет постэкспозиционную кинетику, но позволяет одновременно изучать, например диффузию двух фотоизомеров красителя [49] или камфорохинона и продукта его фотовосстановления [49, 76-78], отношение измеренных коэффициентов диффузии которых составило от полутора раз до порядка при очень небольшом изменении объёма молекул. Отдельно этот "эффект дополнительных решёток" (complementary grating effect) рассмотрен Парком и Шпигелем [79, 80]. Эффект может проявляться даже при очень малом различии коэффициентов диффузии, а пренебрежение им даже в случае монотонного развития решётки чревато значительными ошибками [80]. Анализ экспериментальных данных о постэкспозиционной релаксации решёток сильно усложняется, если они имеют смешанный амплитудно-фазовый характер, и в особенности если фазовый сдвиг между дополнительными решётками отличен от тс (на что в эксперименте может указывать отличный от нуля минимум) [81, 82]. На практике такой ситуации стараются избегать, выбирая длину волны зондирующего излучения либо вне полос поглощения, так чтобы решётку можно было считать чисто фазовой, либо в области максимального изменения поглощения - в этом случае решётка амплитудная. Если при записи решётки происходит присоединение зондирующих молекул или агрегация, как в фибриновых гелях [83, 84], то есть коэффициент диффузии снижается почти до нуля, то эффект дополнительных решёток выражается в росте сигнала дифракции. Появляется стабильная решётка, которая может быть использована для отслеживания динамики геля и даже макромолекул в стеклообразном полимере [85], или для создания голограммных оптических элементов (Раздел 1.2).