Взаимодействие излучения УФ и видимого диапазонов с полимерными пленками тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

ОГЛАВЛЕНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

ЧАСТЬ 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

Глава I Основные принципы и особенности записи информации на полимерных плёнках. 1. Полимеры, содержащие азокрасители.

§ 2. Класс холестерических полимеров.

Глава II Запись информации с использованием азокрасителей. 1. Введение.

§2. Изомеризация в азо полимерах.

§ 3. Некоторые следствия изомеризации в азо полимерах.

Зрение - самая фоточувствительная система, встречающаяся в природе. Абсорбция фотонов приводит к цис-транс изомеризации фоторецептора (ретинола) в родопсине. Структурные изменения, произошедшие в какой-либо части родопсина приводят к изменению формы всей белковой молекулы, что означает усиление фотосигнала. Этот принцип можно применить в приборах для хранения фотоизображения.

Жидкокристаллические материалы могут обладать указанными выше свойствами, поэтому они интенсивно используются в качестве дисплейных материалов. Успешное применение жидкокристаллические ячейки находят и в простых числовых дисплеях для часов и калькуляторов, в мониторах для текстовых процессоров и в полноцветных телевизионных дисплеях.

Большую часть логической информации человек воспринимает через зрение, поэтому значительную часть электронных систем занимают визуальные индикаторы - мониторы и дисплеи. Несмотря на постоянную отработку технологии их изготовления средства отображения являются достаточно сложной и дорогостоящей частью электронных машин.

Меньшими по размерам, но не менее важными являются системы хранения информации. Создание наиболее доступных для отображения и обработки, надёжных и ёмких носителей для записи различных данных является одним из перспективных направлений развития электронной промышленности.

В качестве систем хранения данных широко используются магнитные носители, в передаче информации очень популярно использование электроннолучевых трубок, жидкокристаллических дисплеев, а в последнее время и мониторов на жидких кристаллах.

Разработка оптических материалов позволяет избежать различий между хранением и отображением информации - в обоих случаях используется один и тот же принцип записи-считывания.

В качестве новых оптических материалов рассматриваются жидкокристаллические полимерные плёнки, которые обладают рядом уникальных свойств, например, эластичность, лёгкость нанесения на любые поверхности.

Принцип оптической записи заключается в воздействии света определённой длины волны (для этого чаще всего используют лазер) на полимерную плёнку, содержащую связанные с полимером молекулы красителя, способные к конфигурационным превращениям. Изменяя свою форму под действием света, фотохромные молекулы нарушают локальную структуру полимера меняя тем самым физические свойства плёнки. Записанная таким образом информация легко считывается либо проецированием плёнки на экран, либо сканированием лучом света с длиной волны не вызывающей конфигурационных изменений молекул плёнки.

Основные проблемы, на решение которых направлены исследования, можно кратко сформулировать следующим образом:

1. Исследование светоиндуцированнных фотохимических превращений, происходящих в фотохромных молекулах, и изучение последующих изменений супрамолекулярной структуры фотохромных полимеров с целью установления механизма протекающих процессов и построения соответствующей модели.

2. Создание новых фотохромных материалов с заданными локально-регулируемыми свойствами с целью их возможного использования в качестве оптически активных сред, для информационных систем с оптической памятью.

Выводы

1. Изучены процессы, сопровождающие взаимодействие света с новыми полимерами, содержащими ковалентно связанные азокрасители. Изучено влияние факторов, определяемых матрицей и азокрасителем: связь между молекулярным строением, наведённым двулучепреломлением и характерными временами процесса. Определены направления синтеза новых полимеров с заданными оптическими свойствами.

• Создан измерительный комплекс для оценки наведённого двулучепреломления. Разработана методика расчёта кинетических параметров.

• Выявлено существенное влияние концевого заместителя мезогенных групп на скорость нарастания ДЛП.

• Рекордные значения Дп (вплоть до 0,45) имеют сополимеры с тремя бензольными кольцами в красителе.

• Показана роль поглощения и его изменения в процессе облучения полимерных плёнок. Разработаны методы оценок кинетических параметров ДЛП.

2. Предложенные методики расчётов параметров плёнок с большим коэффициентом поглощения могут быть использованы для любых систем сополимеров, содержащих фрагменты красителя.

3. Впервые получены, охарактеризованы и изучены полимеры с водородносвязанными азокрасителями. Исследовано воздействие света на такие полимеры. Показано, что высоких значений двулучепреломления добиться нельзя из-за недостаточной связи красителя и матрицы.

4. Получены и изучены новые бинафтилсодержащие гребнеобразные жидкокристаллические сополимеры. Меняя соотношение между хиральным бинафтилсодержащим и нематогенным сомономером позволяет получать материалы, для которых длина волны селективного отражения света может лежать в пределах от ИК области до УФ, что невозможно реализовать для

1. Applied Photochromic Polymer Systems / Ed. by McArdle C.B. Glasgow; London: Blackie, 1992.

2. Polymers as lightwave and integrated optics. Technology and applications (ed by L Homok), Marcel Dekkerinc., New York, 1992

3. Balsani I'., Scandola F. // Supramolecular Photochemistry. Chichester: Elis Harwood, 1991.

4. Side Chain Liquid Cristal Polymers I Ed. by B. McArdle. Glasgow-London: Blackie 1988.

5. Wendorff J., Eich M. II Mol. Cryst. Liq. Cry.si. 1989. V.169. P. 133.

6. Saupe A.// Angew. (hem. International Edition, 7, 97, 1968.

7. Friedel G. Ann. Physique, 18, 273, 1922.

8. Buckingam A.D., Ceasar G.P., Dunn M.B., // (hem. Phys. Letters, 3. 540, 1969.

9. Reinitzer F. Montash Chem., 9, 421, 1888.

10. Lehmann О., Z.v. Kr ist., 18, 464, 1980.

11. Shibaev V.P., Freidzon Ya.S. //Side Chain Liquid Cristal Polymers//^/, by В. McArdle. Glasgow-London: Blackie. 1988. P.260.

12. Шибаев В.П., Беляев С.Д.//Высокомолек. соед. А. 1990. Т.23. №12. С.2266.

13. Goodby .J.W., Slaney A.J., Booth (\J., Nishiyama /., Vuiyk .I.D., Styring P., Toyne K.JJMo\. Cryst. Liq. Cryst. 1994. V.243. P.231.

14. С maker P.P.IIUq. Cryst. 1989. V.5. №3. P.751.

15. Демихов E.K, Фреи&зоп Я.С., Шибаев В.П.IIBысокомолек. соед. Б. 1989. T.3I. №1. С.З.

16. Renn S.II, Lubensky 7!С.//Phys. Rev. 1988. V. А38. Р.2132.

17. Baraldi I., Brum M., Caselli M., Ponterini G. ././/Chem. Soc. Faraday Trans. 1989 V. 85. №1. P.65.

18. BhattJ.C., Keast S.S., Neubert M.E., Petschek R.C.IILiq. Cryst. 1995. V. 18. P. 367.

19. H.Deussen, P.V.Shibaev, R. Vinokur, T. Bjornholm, K. Schaumburg, Liquid Crystals 1996, № 3,V.21, P.327

20. Gottarelli (}., Spada G.P.Iß. Org. Chem. 1986. V. 51. N5. P. 589.

21. Шибаев П.В., Винокур P.A., Шибаев В.П., Александров А.ФЛШъ. РАН. Сер. физ. 1996. Т.60. №4. С.50.

22. БойкоН. К. Дисс. канд. хим. наук. М.: МГУ, 1998.

23. Шибаев В.П., Дийсен X.И., Бобровский А.Ю., Шибаев П.В., Шамбург К., Бйорнхолм Т., Бойко Н. И., Бе чгааро AL //В ы со ко м о л с к. соед. А. 1997. Т.39. №1. С. 69-76.

24. V.P. Shibaev, Н. Deussen, N.Boiko, A.Bohrovski, РА'. Shibaev, К. Schaiuiihurg, Т. Kjornholmll Liquid Crystals, 1997, V.22, №4, P.45 1

25. Gottarelli G„ Samori В., Fuganti G., Grasselli C.I I J. Amer. Chem. Soc. 1981. V 103. №3. P.471.

26. Ferrarini A., Mora G.J., Nordio P.LJ/Liq. Cryst. 1995. V. 19. №3. p.397.

27. Yu, W. C.;Sung. C. S. P.; Robertson, R. Macromolecules 1983, 16,1729.

28. Victor, J. G.; Torkeison, J.M. Macromolecules 1988, 21, 3490.

29. Sung, J. S. P.; Gould I. R.; Turro, N. J. Macromolecules 1984, 17, 1447.

30. Dubini-Paglia, E.; Beltrame, P. L.; Marcandalli, В.; Carnini., P.; Seves, A.; Vieini, L. ./. Appl. Polym. Sci. 1986, 31, 1251.3 1 Nuyken, 0. Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, John Wiley & Sons; New York, 1985; Vol.2, p. 156.

31. Rau, H. Photochemistry and Photophysics. Rabec, J. F., Ed.; Vol. II, CRC Press: Boca Raton, FL, 1990; Vol. II, Chapter 4.

32. Mechanisms of Photophysical Processes and Photichcmical Reactions Polymers; Rabek.J.F., Ed.; John Wiley& Sons: Chichester, 1987; p 377.

33. Kumar, G.;Neckers, D. Chem. Rev. 1989, Л'У, 1915

34. Uznanski, P., Kryszewski, M.; Thulstrup, E. W. Eur. Polym. J. 1991. 27, 41.

35. Palk, C.; Morawetz, H. Mocromolecules 1972, 5, 171.

36. Tabak, D.; Morawetz, H. Macromolecules 1970, 3, 403.

37. Naito, Т.; Horie, K.; Mita, I. Polym. J. 1991. 23. 809.

38. Naito, Т.; Horie, K.; Mita, 1. Mocromolecules 1991, 24, 2907.

39. Royal,J.S.;Viclor,J.G.;Torkelson,J.M. Macromolecules 1992, 25,729.

40. Eisenbach, C, Mahromol. Chem. Rapid Commun. 1980. 1. 287.

41. Lamarre, L.; Sung. C. Macromolecules 1983, 16, 1729.

42. Fuji-i, H.; Kajiwara, A.; Harada, A.; Morishima. Y.: Kanaachi, M. Macromolecules 1992,25,4224.

43. Kijima, ML: Se, K.; Fujimoto, T. Polymer 1992, 33, 2042.45 (a) Sung, C. S. P.: Lamarre, L.; Tse, M. K. Macromolecules 1979,72,666. (b) Sung, C. S. P.; Lamarre L.; Chung, К. H. Macromolecules 1981,7-/, 1839.1. УЪ

44. Möhlmann, G. R.; van der Vorst, C. P. J. M, Side Chain Liquid Crystal Polymers. Mcardle, C. B„ Ed.; Plenum and Hall: Glasgon, 1989; Chapter 12.

45. Ikeda, T.; Horiuchi, S.; Karanjit, D. B.; Kurihara, S.:Taluke, S. Mocromotecutes 1990,23.42.

46. Ujiie, S.; limura, K. MacroMoleeulen 1992, 25, 3174.

47. Ujiie, S.; limura, K. Polym. J. (Tokyo) 1991, 23, 1483.

48. Sisido, M.; Kishi, R. Macromoleeules 1991, 24, 4110.

49. Allcock, H. R.; Kirn, C. Maeromolecules 1989, 22. 2596.

50. Kapitia, H,; Zenlel, R. Makromol. Chem. 1991, 192 1859.

51. Mensinger, H.; Biswas, A.; Potha, H. Macromoleeules 1992, 25, 3156.

52. Kurihara, S.; Ikeda, T.; Sasaki, T.; Kim, H. B.; Tazulie, S. Mol. Crj-st. l.iq. Cr^st. 1991, 194, 251.

53. Eich, M : Wendorff, J. J. Opt. Soc. Am. B 1990, 7, 1428.

54. Eaton. D. Science 1991, 253, 281.

55. Stupp, S. Lin, H.I Wake, D. Chem. Mater. 1992, 1, 947.

56. Okada, S.; Matsuda, H.; Masaki, A.; Nakanishi, H.; Abe, T.; llo, H. Jpn. ,1. Appl. Phyt. 1992,37,365.

57. Hall, H. K.: Kuo,. T.; Leslie, T. M. Macromolecules 1989, 22. 3525.

58. Röbello, D. R./. Polym. Sei. Part A: Polym. Chem. 1990, 28, 1.

59. Hill, J. R.; Pantelis, P.; Abbasi.F.; Hodge, P.J.Appl. Phys. 1988, 64, 2749.

60. Koide, N.; Ogura, S.; Aoyama, Y.; Amano, M.; Kaino, T. Mot. Cr)-tt. Licj. Cryst. 1991, 198. 323.

61. Kohler, W.; Robello, D.: Dao, P.; Willand. C.; Williiini, D. J. Chem. Phys. 1990, 93, 9157.

62. Eich, M.; Reck, B.; Yoon, D.; Willson, C.; Bjorklund, G. J. Appl. Phys. 1989,66,3241.

63. Yamamoto, H.; Ikeda, K.; Nishida, A, Polym. Int. 1992, 27, 67

64. Matejka, L.; llavsky, M. Dusek, K.; Wichterle, 0. Polymer 1981 22,1511.

65. Barley, S.; Gilbert, A.; Mitchell, G. J. Mater. Chem. 1991, 1,481

66. Fuji-i, H.; Kajiwara, A.; Harada, A.; Morishima. Y.: Kanaachi, M. Macromolecides 1992,25,4224.

67. Aoki, K.; Tamaki, T.; Seki, T.; Kawanishi, Y. I.; Ichimura, T.; Langmuir 1992,8,1014.

68. Kawanishi, Y.; Tamaki, T.; Seki, T.; Sakuragi, M.; Ichimura, K. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 1992, 218. 153.

69. Aoki, К.; Seki, T.; Suzuki, Y.; Tamaki, T.: Hosoki, A.; Ichimur, К. Langmuir 1992, 8, 1007.

70. Ringsdorf, H.; Urban, C.I Knoll, W.: Sawodny. M. Makromt Chem. 1992,793,1235.

71. Tredgold, R. H.: Alien. R. A.; Hodge, P.: Khoshdel, E. J. Ph' D: Appt. Phys. 1987, 20, 1385.

72. Todorov,T.;Nikolova,L.:Tomova,N. Appl.Opt. 1984,23,4309.

73. Eich, M,; Wendorff, J. H. Reck, В.: Ringsdorf. H. Makromol. Chem., Rapid Commun. 1987, 8, 59.

74. Shibaev, V.; Yakoviev, 1.: Kostromin, S., Ivanov, S.: Zverkova, T. Polym. Sic. (I.S.S.R. 1990, 32, 1478.

75. Anderle, K.: Birenheide, R.; Werner, M. J. A.; Wendorff, J. H. Liq. Cr)'si. 1991, 9, 691.

76. Stumpe, J.; Muller, L.; Kreysig, D.; Hauck, G.; Koswig, H. D.; Ruhmann, R., Rubner, J. Makromol. Chem., Rapid Commun. 1991, 12, 81.

77. Hvilsted, S.; Andruzzi, F.; Ramanujam, P. Opt. Lett. 1992, 17, 1234.

78. Ivanov, S.; Vakoviev, I.; Kostrotnin, S.; Shibaev, V.; Lacker, L.; Stumpe, J.; Kreysig, D. Makromol. Chem., Rapid Commun. 1991, 12, 709.

79. Natansohn, A.; Xie. S.; Rochon, V. Macromotecules 1992, 25, 5531.

80. Sekkat, Z.; Büchel, M.; Orendi, H.; Menzel, H.; Knoll, W. Chem. Phys. Lett. 1994, 220, 497.

81. Brown, D.; Natansohn, A.; Rochon, P. Macromolecules 1995, 28, 6116.

82. Natansohn, A.; Rochon, P.; Pezolet, M.; Audet, О.; Brown, D.; To, S. Macromotecules 1994, 27, 2580.

83. Weisner, U.; Reinolds, N.; Boeffl, C.; Spiess, H. W. Liq. Cryst. 1992, 11, 251.

84. Meng, X.; Natansohn, A.; Barrett, C.; Rochon, P. Macromotecules 1996, 29, 946-952.

85. Ho, M.-S.; Natansohn, A.; Rochon, P. Macromotecules 1996, 29, 44-49.

86. Rochon, P.; Gosselin, J.: Natansohn, A.; Xie, S. Appl. Phyi. Lett. 1992,60,4.

87. Shi, Y.; Steier, W.: Yu, L.; Chen, M.; Dalton, L. Appl. Phys Lett 1991,59,2935.

88. Ландсберг, Г.С. Оптика. Москва, Наука, 1976.

89. Hvilsted S., Andruzzi F., Kulinna С., Siesler H.W., Ramanujam P.S. Macromotecules 1995,28,2172.

90. Xie, S.; Natansohn, A.; Rochon, P. Chem. Mater. 1993, 5, 403.

91. Kurihara S., IkedaT., Tazuki S. Macromotecules 1991, 24, 628.

92. Ramanujam P.S., Holme N.C., Hvilsted S.R., Pedersen M., Andruzzi F., Paci M., Tassi E.L., Magagnini P., Hoffman U., Zebgler I., Siesler H.W. Polymer for Advansed Technologies 1996, 7, 768.

93. Shibaev V.P., Kostromin S.G., Ivanov S.A. Comb-ChapedPolymers with Mesogenic Side-Chains as Electrooptical Active Media. Moscow, 1996.

94. Eisenbach C.D. Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 1980, 84, 680.

95. Янке E., Эмде Ф., Леш Ф. Специальные функции Москва, Наука, 1964.

96. Fuhrmann Th. Диссертация (Университет г. Магдебург, 1997)

97. Song О.-К., Wang С.Н., Pauley М.А. Macromotecules 1997, 30, 6913.

98. Столбова О.В., НепорентБ.С. Оптика и спектроскопия 1963, 14 (5), 624.

99. Столбова О.В., НепорентБ.С. Оптика и спектроскопия 1970, 28 (3), 600.

100. Макушенко A.M., Столбова О.В., Непорент Б.С. Оптика и спектроскопия 1971, 31 (5), с.741; Макушенко A.M., Столбова О.В. с.600.

101. Шибаев В.П., Костромин С.Г., Иванов С.А. Высокомолекулярные соединения 1997, 39, серия А, №1, 43.

102. Блинов Л.М. Электро-и магнитооптика жидких кристаллов. М.Наука. 1978

103. Де Же В. Физические свойства жидкокристаллических веществ. Москва. 1982.

104. Weisner, U.; Antonetti, М,; Boeffl, С.; Spiess, Н. W. Macromol. Chem. 1990, 191, 2133.

105. Плато С.П., Штыков Н.М., Хавричев В. А., Юдин С.Г. Молекулярные материалы Т. 1, №1/2, сс. 6-19, 1991.

106. Natansohn A., Rochon Р., Но M.S., Barrett С.// Macromolecules,1995, V.28, №12, рр 4179-4183.

107. Rochon P., Bissonnette D„ Natansohn A., Xie S JI Applied Optics, V.32, № 35, pp. 72 777280, 1993.

108. Buffeteau, Т.; Natansohn, A.; Rochon, P.; Pezolet, M. Macromotecules 1996, 29, 8783.

109. Suchod В., Renault A., Lajzerowez J., Spada G.P.//J. Chem. Soc. Perkin Trans. II. 1992. P. 1839.

110. Gottarelli G., Spada G.P.IIMol. Cryst. Liq. Cryst. 1985. V. 123. P. 377.

111. FerrariniA., Moro G.J., Nordio P.L./lLiq. Cryst. 1995. V.19. №3. P.397.

112. К Shibaev, V. Plaksin. Oriented Growth of Polymer Films. // International Conferences on Polymer Characterization (POLYCHAR-4),University of North Texas, Denton, USA, 1996, Book of Abstracts.

113. Иванов C.A., Плаксин В.Ю., Костромин С.Г., Шибаев В.П. Особенности кинетики фотоиндуцированного двулучепреломления Дпинд в фотохромных гребнеобразных соцолимерах. // Международная конференция "фундаментальные проблемы науки о полимерах", Москва 1997.

114. S. Ivanov, V. Plaksin, S. Kostromin. An influence of the side chain structure of comb-shape copolymers on photoinduced birefringence. // 4-й российский симпозиум (с международным участием) "Жидкокристаллические полимеры". Москва. 1999.