Исследование процессов записи светоиндуцированных решеток в твердых полимерных растворах

Внедрение: 2004 г.

В научной публикации 2004 года мы находим пример применения модуля E‑440 (сегодня L‑Card выпускает сертифицированный аналог E14‑440) в экспериментальной установке для исследования релаксационных процессов в системе “краситель в полимерной матрице” [1]. Данная задача связана с изучением конформационной подвижности полимерных цепей, а также с решением вопроса о надёжности хранения информации при оптической записи. Метод голографической релаксометрии позволяет измерять малые изменения показателя преломления и коэффициента поглощения, также коэффициенты диффузии молекул красителей в твердой полимерной матрице по релаксации дифракционной эффективности светоиндуцированных решеток (СИР).

Решались следующие задачи:

• методом голографической релаксометрии определить значения коэффициентов диффузии красителя в нескольких полимерных матрицах;
• по измерению температурной зависимости коэффициентов диффузии молекул красителя в полимере найти энергии активации диффузии.
   

Объект исследования – твёрдые растворы эозина в трёх полимерах: желатине, хитозане, поливинилбутирале. Выбор полимеров обусловлен их широким использованием в различных отраслях техники и медицины, способностью образовывать пленки, в том числе и с добавками красителей.

Исследования проводились на автоматизированной установке, регистрирующая часть которой построена на основе многоканального модуля управления и сбора данных Е‑440 производства L‑Card. Схема установки приведена на рисунке 1.

Рисунок. 1. Схема экспериментальной установки: 1 – Ar лазер ЛГ‑106М‑4; 2 , 7, 10, 20, 27, 28 – диафрагмы; 3, 8, 23, 24 – зеркала; 4, 18 – стеклянные пластинки; 5, 25 – светофильтры; 9 – бипризма Френеля; 11 – оптический прерыватель; 12, 19 – линзы; 13 – измеритель мощности LM‑2; 14 – оптический столик с трехмерным перемещением; 15 – образец; 16 – термостат; 17 – термодатчик; 21 – He‑Ne лазер ЛГ‑208Б; 6, 22, 26 – фотодиоды ФД‑24К; 29 – ФЭУ‑62; 30 – ФЭУ‑100.

Луч непрерывного аргонового (Ar) лазера ЛГ‑106М-4 (1) с длиной волны 488 нм, проходил через систему зеркал (3, 8), диафрагмы (2, 7) и делился бипризмой Френеля (9) на два пучка. После прохождения через диафрагму (10) лучи сводились в образце (15) с помощью линзы (12). Период СИР варьировался путем изменения фокусного расстояния линзы. Запись светоиндуцированных решёток производилась на длине волны 488 нм, а считывание – на длине волны аргонового и гелий-неонового (21) (l = 632,8 нм) лазеров.
 

Периодический контроль мощности лазерного излучения производился с помощью измерителя LM‑2 (13). Интенсивность каждого из двух лучей, падающих на образец, варьировалась в пределах 2–10 Вт·см^-2 с сохранением равенства интенсивностей в лучах. Качество юстировки контролировалось по величине дифракционного сигнала. Интенсивность лазерного излучения в каждой серии экспериментов поддерживалась постоянной. Дифрагированные лучи в первом порядке дифракции, отражаясь от зеркал (23, 24), попадали на фотоэлектронные умножители: луч от He‑Ne‑лазера – на ФЭУ‑62 (29), а луч от Ar‑лазера – на ФЭУ‑100 (30). Измерение пропускания образца в нулевом порядке дифракции и контроль интенсивности падающего света от Ar- и He‑Ne‑лазеров осуществлялся с помощью фотодиодов ФД‑24К (26, 6, 22). Образец (15) помещался в термостатируемой рубашке (16). Поддержание температуры осуществлялось с помощью термостата ТС‑16А и малогабаритного термодатчика (17), подключенных к модулю Е‑440. Специальная программа позволяла производить измерение и поддержание температуры в интервале 288–358 К с точностью 0,5 К.

Заключение.

• Исследована релаксация амплитудно-фазовых светоиндуцированных решеток фотохимического происхождения в трех полимерных матрицах. Методом голографической релаксометрии определены коэффициенты диффузии D1 и D2, соответствующие исходной форме красителя и фотопродукта.
• По результатам измерения температурной зависимости коэффициентов диффузии молекул эозина К в желатине найдены энергии активации (E1 = 5,2 ± 2,4 ккал·моль^-1, E2 = 3,4 ± 0,7 ккал·моль^-1) красителя и фотопродукта. В области температур 303 К зарегистрировано отклонение температурной зависимости от закономерности Аррениуса, которое может быть обусловлено как конформационными изменениями в полимере, так и понижением температуры стеклования, связанным с пластификацией полимера абсорбированной водой.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования Российской Федерации и Американского фонда гражданских исследований и развития, грант № Y2‑BP‑02‑06 для молодых ученых по программе «Фундаментальные исследования и высшее образование».
 

Источник:
Дьячук Е.А., Макаров Р.А., Сизых А.Г., Слюсарева Е.А. Процессы релаксации дифракционной эффективности светоиндуцированных решеток в твердых растворах красителя в полимерах // Сборник трудов IX Международной школы-семинара по люминесценции и лазерной физике. – Иркутск: Из-во Иркутского университета. – 2004. – С. 124-131.

Разработчик: Дьячук Е.А., Макаров Р.А., Сизых А.Г., Слюсарева Е.А. (Красноярский государственный университет)