авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |

Получение композиционных материалов с использованием фотохромных и светоизлучающих соединений и применение многослойных структур на их основе в устройствах хран

-- [ Страница 6 ] --

На рис. 27, а, б показаны особенности строения пленок БР:С6H14N2O2. На поверхности пленок, исследованных через 60 суток эксплуатации (облучение лазером на  = 532 нм и с плотностью мощности 23,2 мВт/см2), становятся заметными протяженные образования длиной не менее 5 мкм, шириной 20–25 нм и высотой 2–3 нм (рис. 27, б). Главным компонентом протяженных образований являются молекулы или агрегаты С6H14N2O2.

 а) б) Рис. 27. Морфология поверхности-39

а) б)

Рис. 27. Морфология поверхности пленки БР:С6H14N2O2 толщиной 6 мкм (АСМ): а) сразу после приготовления; б) после эксплуатации в течение 60 суток.

Результаты АСМ подтверждаются данными исследования пленок просвечивающей электронной микроскопией (микроскоп JEM 200CХ) методом платиноугольных реплик. Исследованы свежеизготовленные пленки БР и БР:С6H14N2O2, а также образцы после эксплуатации в течение 80 сут. Для немодифицированных пленок БР характерно хаотическое расположение ПМ с размерами <200 нм. Поверхность пленки БР:С6H14N2O2 = 1:25 представляет собой ориентированное наслоение ПМ с размерами 0,21 мкм и толщиной 510 нм. Пленки БР:С6H14N2O2 обладают более высокими значениями k570(t) по сравнению с немодифицированными образцами. Разрушение структуры модифицированных пленок БР приводит к миграции молекул веществамодификатора к поверхности. Спустя 80 сут для образца БР:С6H14N2O2 = 1:25 наблюдается увеличение светорассеивания и уменьшение значений k570(t) (рис. 28), связанные с формированием на поверхности пленки протяженных образований С6H14N2O2. Рассмотрены возможные механизмы указанного процесса.

 а) б) Рис. 28. Зависимость функциональных-40 а) б) Рис. 28. Зависимость функциональных свойств от строения пленок БР:С6H14N2O2 = 1:25: а) после приготовления; б) после 80 сут. эксплуатации.

Для выяснения и исследования строения кристаллических фаз в пленках БР использована рентгеновская дифрактометрия (РД, установка ДРОН3, графитовый монохроматор, Cu kизлучение). Изучены пленки БР и БР:С6H14N2O2 штамма D96N. На дифрактограмме пленки БР:С6H14N2O2 штамма D96N присутствуют отражения, показывающие упорядоченное расположение молекул в пленке. Отражения возникают от наслоения друг на друга фрагментов ПМ. Размер областей когерентного рассеивания рентгеновского излучения составлял 37,5 нм, что позволяет предположить, что упорядоченная структура образована элементами, содержащими 7 ПМ (межплоскостные расстояния d/n = 7,1150 нм и 3,5786 нм). На дифрактограммах пленок БР:С6H14N2O2 со сроком эксплуатации 4 месяца отражений не обнаружено.

Для определения элементного состава сформированных пленок на основе БР применялся метод рентгеноспектрального микроанализа (установка Camebax Microbeam, Cameca Microprobe). Приведены диаграммы распределения элементов в пленке БР:С6H14N2O2 = 1:25. Элементный состав для всех исследованных пленок на основе БР был одинаковым. Основу сформированных пленок составляют С, О, N. Отмечено, что в периферической области обнаружены S, P и Ca. Перераспределение компонентов по поверхности происходит вследствие миграции несвязанных молекул фосфолипидов и сульфогликолипидов, содержащих S и P, в периферическую область. Такой же механизм имеет место и для ионов Ca2+. Сигналы Al, Si, Na, Mg возникают от материала подложки. Приведены количественные измерения содержания C, O и N, полученные для подложки из стекла К8 и сформированной на ней пленки БР:С6H14N2O2 = 1:25.

Встроенные в многослойные структуры дифракционные решетки. Исследовались параметры (период, глубина модуляции решетки и профиль) реплик дифракционных решеток (L= 400, 600, 700, 800 нм), встроенных в планарные волноводы и получаемых методом репликации и фотоотверждения в полимерных материалах, а также оценивались наличие, количество и размеры дефектов. Исследования осуществлялись на АСМ Solver Pro и Аgilent 5400 в контактном (для размеров исследуемых областей 1010 мкм, 55 мкм и 22 мкм) и акустическом (для размеров 4040 мкм) режимах. Перед каждым измерением проводилась калибровка по сертифицированной мере.

Дефекты реплик, как правило, обусловлены дефектами матрицы дифракционной решетки и имеют характерные размеры 0,6–1,3 мкм при допустимом размере дефекта 2,5 мкм (рис. 30, 31). Суммарная площадь дефектов <4104% от общей площади дифракционной решетки и не влияет существенно на эффективность ввода и вывода излучения. Отклонение периода реплики от периода матрицы решетки лежит в диапазоне 57% при допустимом значении 8% и связано с усадкой в процессе репликации.

а)
б)
Рис. 30. Трехмерная реконструкция АСМ-изображения (а) и профиль (б) дифракционной решетки с  = 800 нм (область сканирования 1010 мкм). Рис. 31. АСМ-изображение реплики дифракционной решетки с  = 800 нм (область сканирования 4040 мкм). Области дефектов промаркированы белой границей.

Глубина модуляции решеток составляет 25%–41% от L, что характеризует их как решетки с сильной связью (рис. 32). Отклонение профиля от синусоидальности (рис. 33) обусловлено несовершенством матрицы. Измеренные параметры дифракционных решеток (период, дефектность) подтверждаются экспериментальными данными, полученными методом РЭМ.

а) б)

Рис. 32. АСМ-изображение (а) и профиль (б) реплики дифракционной решетки с  = 800 нм (область сканирования 55 мкм).

а) б)

Рис. 33. АСМ-изображение (а) и профиль (б) реплики дифракционной решетки с =800 нм (область сканирования 22 мкм).

В пятой главе рассмотрены технологические методы получения многослойных волноводных структур на основе композитных материалов для оптической нейросетевой обработки информации и 3D запоминающих устройств, контроль модового состава.

Обеспечение технологической совместимости при формировании многослойных структур. Решены проблемы, возникающие вследствие разных адгезионных свойств материалов, и задачи согласования функциональных и технологических требований к спектральным характеристикам различных слоев.

Обеспечение адгезии между подложкой, на поверхности которой находятся гидрофильные силоксановые группы (HOSi), и пленкой БР, гидрофобного белка, достигалось формированием методом центрифугирования промежуточного адгезионного слоя из 1%, масс раствора мочевино-формальдегидной смолы (Мч-163) в о-ксилоле. Отверждение пленок Мч-163 (толщина <150 нм, интерференционный микроскоп МИИ-4, ЛОМО) проводилось при 50°С в течение 20 мин.

Для обеспечения адгезии между подложкой и пленками на основе термически необратимых дигетарилэтенов в полимерной матрице из поливинилкарбазола, формируемых методом центрифугирования, а также адгезии между подложкой и граничными слоями с использованием сополимеров на основе поликарбонатметакрилата и полиперфторгептилакрилата, которые формировались методом радикальной полимеризации при действии УФ-излучения, использовался промежуточный слой адгезионного вещества. Промежуточный слой толщиной <100 нм (интерференционный микроскоп МИИ-4, ЛОМО) получали методом полива из 0,01%, масс раствора метакрилоксипропилтриэтоксисилана в смеси воды и изопропилового спирта в соотношении 1:1. Отверждение проводилось при 40°С в течение 1 мин.

Для формирования граничных слоев планарных волноводов использовались формообразующие поверхности (в т.ч. матрицы дифракционных решеток), позволяющие осуществлять отверждение под воздействием УФ излучения в отсутствии кислорода (ингибитора процессов радикальной полимеризации). Решена задача по уменьшению адгезии между полимером граничного слоя планарного волновода и формообразующей поверхностью, которая предварительно выдерживалась последовательно в атмосфере паров раствора смеси диметилдихлорсилана (2%, объем) и триметилхлорсилана (3%, объем) в абсолютированном гексане и в атмосфере паров воды. Каждая стадия занимала 5 мин. Кремнийорганические вещества, адсорбируемые на формообразующей поверхности, гидролизуются под воздействием воды и образуют гидрофильные силоксановые группы.

Для повышения адгезии между слоями фотополимеров и БР-содержащей пленкой формируется слой на основе поливинилбутираля в этилцеллозольве. Указанный адгезионный слой выполняет также и защитные функции. Незащищенная БР-содержащая пленка разрушается при длительном (>20 мин) воздействии температуры >40°С, а защищенная – сохраняет свои строение и свойства при нагревании до 70°С и способна восстанавливать свойства после нагрева до 90°С. Толщина адгезионного слоя составляет 0,4 мкм. Пленка наносится поверх БР-содержащего слоя на центрифуге при 8000 об/мин и затем отверждается (50°С, 10 мин). Установлено, что воздействие на БР-содержащую полимерную пленку экспозиции УФизлучения >3 Дж/см2 ведет к снижению чувствительности >10%. Снижение экспозиции УФизлучения в процессе изготовления многослойной структуры достигается частичной полимеризацией слоев. Экспозиция УФизлучения, необходимая для полного отверждения, накапливается по мере полимеризации надстраиваемых слоев. Таким образом, суммарная экспозиция УФизлучения, необходимая для формирования трех полимерных слоев плоского волновода, может быть снижена до 1,5 Дж/см2.

Материалы, выбранные для формирования граничных (поликарбонатметакрилат или сополимер на основе поликарбонатметакрилата и полиперфторгептилакрилата) и центрального (поливинилкарбазол или полиметилметакрилат) слоев, имеют достаточно высокую разницу значений показателя преломления и удовлетворительную адгезию между слоями.

Решена задача получения в едином конструктиве пленок БР и волноводных слоев с заданным количеством мод. Создана установка для контроля модового состава и эффективности ввода-вывода излучения в многослойных структурах. Модовый состав волноводов (рис. 34) для различных толщин центрального слоя исследовался на  = 530 нм.

Рис. 34. Модовый состав волноводов с толщиной слоя поливинилкарбазола: а) 200 нм; б) 250 нм; в) 400 нм; г) 500 нм; д) 2000 нм.

Подбор комплекса материалов и композиционных составов, удовлетворяющих требованиям по согласованию технологических (отверждение в присутствии фотоинициатора под действием излучения в диапазоне 370410 нм) и функциональных (область чувствительности к записывающему излучению 330–360 нм, фотоиндуцированное возбуждение флуоресценции в пределах 420–460 нм, область флуоресценции – 500–560 нм) спектральных характеристик, обеспечил технологическую совместимость слоев различного назначения и состава структур для 3D оптической памяти. Экспериментально установлено, что вещества класса хромонов демонстрируют наиболее высокую фотоиндуцированную люминесценцию в полиметилметакрилате (ПММА), что определяет материал матрицы для центрального волноводного слоя. На основании этого решена задача по подбору полимерных композиций для граничных волноводных слоев таким образом, чтобы были значительными скачок показателя преломления между слоями, адгезия между полимерами, формирующими слои, а также подходящая вязкость для формирования пленок с контролируемой толщиной. Экспериментально определен оптимальный состав фотополимерной композиции для формирования граничных слоев волновода: олигокарбонатметакрилат (64%, масс), 1Н,1Н-перфторгептилакрилат (35%, масс) и фотоинициатор Darocur 4265 (1%, масс). Данная полимерная смесь позволяет получить скачок в показателе преломления 0,033 по отношению к ПММА, имеет вязкость на уровне  = 1450 мПас, позволяющую формировать пленки толщиной 30–40 мкм без дополнительных технических приспособлений, а применение фотоинициатора Darocur 4265 дает возможность возбуждать процессы фотополимеризации на  = 395±20 нм вне области поглощения хромона и позволяет избежать разрушения функционального вещества при формировании граничных волноводных слоев.

Разработанные методы получения БР-содержащих полимерных пленок, планарных волноводов со встроенными дифракционными решетками, слоев на основе синтетических фотохромных соединений применялись в различных сочетаниях для изготовления многослойных структур.

В шестой главе рассмотрены результаты исследований компонентов на основе многослойных структур в составе прототипов устройств и определены их эксплуатационные характеристики.

Исследования компонентов на основе многослойных структур с использованием бактериородопсина. Выполнена экспериментальная оценка ресурса полимерных БР-содержащих пленок в составе многослойных структур для нейросетевой обработки информации; определены эксплуатационные характеристики многослойных структур на основе БР применительно к задачам нейросетевой обработки, защиты ценных бумаг и товарных маркировок от подделки, а также использование БР-содержащих структур в качестве индикаторов уровня солнечной освещенности; рассмотрено применение для информационных систем БР-содержащих слоистых структур в качестве компонентов с голографическими свойствами.

Результаты испытаний БР-содержащих полимерных пленок в многослойных структурах. Исследовано совместное воздействие УФ-излучения и излучения HeNe-лазера на БР-содержащие полимерные пленки. Облучению подвергались образцы, имевшие начальное пропускание 20% при  = 565 нм. В экспериментах по совместному воздействию излучений использовались источник УФ-излучения с Р 6 мВт/см2 в спектральном диапазоне 310–390 нм и HeNe–лазер непрерывного действия с плотностью мощности, постоянной в течение одного эксперимента и составляющей 50, 100, 200, 300 и 600 мВт/см2. Экспозиция УФ-излучения была всегда одинаковой – 5 Дж/см2. Обнаружено необратимое увеличение оптического пропускания БР с ростом экспозиции излучения лазера от 300 до 3600 Дж/см2, составившее от 3 до 7%, соответственно, сверх того, что обусловлено действием только УФ-излучения (7%).

Оценка ресурса полимерных БР-содержащих пленок в многослойных структурах. Для исследований длительного воздействия при 2224°С лазерного излучения на БР-содержащие полимерные пленки (рис. 35) использовалось излучение с  = 630 нм и Р 0,6 Вт/см2 в пятне диаметром 3 мм. Среднее время облучения образца – 7 ч в сутки, что соответствует экспозиции 15 кДж/см2. Максимальная экспозиция составила 370 кДж/см2.

Рис. 35. Изменения пропускания (F) и чувствительности (f) БР-содержащих полимерных пленок при длительном воздействии лазерного излучения.


Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.