Спосіб виготовлення анізотропного, періодичного розподілу наночастинок в органічній матриці

Реферат: Спосіб виготовлення анізотропного, періодичного розподілу наночастинок в органічній матриці включає проведення на першому етапі в інтерференційному світловому полі фотополімеризації шару композиції з попередником наночастинок, розташованим між двома пластинами прозорого матеріалу. На другому етапі здійснюють синтез наночастинок опроміненням світлом ультрафіолетового та видимого діапазонів. UA 68356 U (12) UA 68356 U UA 68356 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способу виготовлення анізотропного, періодичного розподілу наночастинок (частинок, розмір котрих менше 100 нм) в органічній матриці. Вона може бути використана для створення елементів оптики, які застосовуються в приладах для фотоніки та оптоелектроніки (ґратки, фотонні кристали). Є декілька способів виготовлення анізотропного, періодичного розподілу наночастинок в органічній матриці, в яких використовується світлова обробка органічної композиції, з застосуванням фотошаблонів, або світлова обробка органічної композиції з наночастинками, або світлова та теплова обробка композиції з попередниками, з яких утворюються наночастинки. Так відомо спосіб [1], в котрому за два етапи при опроміненні ртутною лампою через фотошаблон шару композиції на склі (дуплекс) з попередників утворювались наночастинки Ag, Аu та Pd з анізотропним, періодичним розподілом. Недоліком такого способу є низька роздільна здатність, тобто велика ширина засвічених та незасвічених смуг (250 мкм), обумовлена розмірами фотошаблону. Відомий також спосіб [2], в якому за три етапи утворювався субмікронний (менше 1 мкм) періодичний розподіл наночастинок Аu, полістиролу та глини в полімерній матриці. На першому етапі проводився синтез та стабілізація наночастинок і їх уведення в мономерну композицію. На другому - протягом чотирьох хвилин проводилась фотополімеризація композиції з наночастинками в інтерференційному світловому полі, створюваному лазером. На третьому етапі проводилось додаткове опромінення лампою високої інтенсивності (4 хвилини). Недоліком такого способу є низький контраст структур з наночастинками Аu (амплітуда показника заломлення менша за 0,005) та непрозорість одержаних плівок з наночастинками полістиролу діаметром 260 нм, та глини, які розсіюють світло. Низький контраст в розподілі наночастинок не забезпечує високої дифракційної ефективності голографічних елементів. Недостатньо прозорі плівки з великим світлорозсіюванням не можуть бути використані в оптиці. Таким чином видно, що приведені аналоги мають низку недоліків, це - низька роздільна здатність та малий контраст періодичного розподілу наночастинок, невисока оптична якість створюваного матеріалу та багатоетапність процесу. Найбільш близьким по технічній суті до заявленої корисної моделі є спосіб [3], що включає два етапи. На першому етапі в інтерференційному світловому полі, створеному лазерним випромінюванням, (4 хвилини) відбувається фотополімеризація композиції з попередником (AgNO3), з якого на другому етапі при прогріві при 75 °С протягом трьох годин синтезувались наночастинки Ag розміром 5 нм. Даний спосіб дозволяє на скляній підкладці створювати органічні плівки високої оптичної якості з анізотропним, періодичним субмікронним розподілом наночастинок, великим контрастом структури (амплітуда показника заломлення дорівнює 0,014) та високою оптичною якістю (світлорозсіяння не перевищує 4 %). Недоліком цього способу можна вважати необхідний тривалий час прогріву зразків дуплекс при синтезі наночастинок Ag, а також незахищеність поверхні органічної плівки, що знаходиться на скляній підкладці, від запилення, механічних ушкоджень та небажаних атмосферних впливів. Основою корисної моделі є задача удосконалення відомого способу виготовлення анізотропного, періодичного розподілу наночастинок в органічній матриці шляхом зміни методики синтезу наночастинок та використання ще однієї скляної пластинки при виготовленні зразків по схемі скло - органічна плівка - скло (триплекс), що забезпечить значне скорочення терміну процесу синтезу наночастинок та захистить матеріал органічної плівки від кисню повітря, який уповільнює процес синтезу наночастинок, та від можливих механічних ушкоджень. Задача вирішується способом виготовлення анізотропного, періодичного розподілу наночастинок в органічній матриці, що включає два етапи. На першому етапі в інтерференційному світловому полі, створеному лазерним випромінюванням, у зразках триплекс відбувається фотополімеризація композиції з попередником наночастинок, що приводить до утворення періодичної структури полімер - попередник. На другому етапі в періодичній структурі полімер - попередник при опроміненні лампою ПРК-7 (1000 Вт) синтезуються наночастинки з анізотропним, періодичним розподілом. Композицію готували шляхом ретельного розмішування складових: триетиленглікольдиметакрилату (70 вагових %), ,  - акрил-біс (пропиленгліколь) 2,4толуілендіуретан (24 вагових %), камфорохінон (5 вагових %), кетон Міхлера (1 ваговий %). -1 Після чого додавався розчин AgNO3(6,610 моль/л) в ацетонітрилі (30 об'ємних % відносно суміші). Отримана суміш наливалась на скляну пластинку з прокладками 25 мкм та накривалась зверху скляною пластинкою. Виготовлені, як описано вище, зразки розміщували в інтерференційному світловому полі. В цьому випадку для одержання періодичної структури використовувалась стандартна схема голографічного запису в побіжних пучках, яка дозволяє формувати дифракційні ґратки 1 UA 68356 U 5 10 15 20 25 30 35 40 пропускаючого типу з фазовими площинами, перпендикулярними поверхні. Просторова частота ґратки задавалась кутом сходження записуючих пучків аргонового лазера з s-поляризацією і довжиною хвилі 488 нм ( 2 sin    rec , де  - половина кута між записуючими пучками,  період інтерференційної картини 0,5  1 мкм). Зразки експонувались 450 сек., інтенсивність 2 записуючих пучків складала приблизно 0,4 мВт/см . Після цього зразки дуплекс (найближчий аналог) прогрівались при 75 °С, а триплекс опромінювались лампою ПРК-7 (1000 Вт). На рисунку представлено кінетику синтезу наночастинок Ag у зразках дуплекс при прогріві 75 °С (крива 2) та триплекс опромінюванні лампою (крива 1). Експериментальні точки на рисунку відповідають максимумам у спектрах поглинання плазмонного резонансу наночастинок Ag (460 нм). Експериментальні значення пронормовані відносно максимального значення оптичної густини полоси поглинання, для кожної кінетики. З фігури видно, що відповідно до кривої 2 синтез наночастинок Ag по способу найближчого аналога [3] завершується за 900 хвилин. В запропонованому нами способі при опроміненні лампою ПРК-7 зразка триплекс синтез наночастинок Ag завершується за 4 хвилини, що більш ніж в 200 разів швидше за аналог. Після обробки по запропонованому способу оптична якість зразків не зменшується протягом багатьох місяців (більше 12). Джерела інформації 1. Tamai Τ, Watanabe Μ, Watase S, Hamada Τ, Nakata Μ, Nishioka Ν, Matsukawa К. Formation of METAL Nanoparticle/Acrylic Polymer Hybrid Film by UV - Irradiation. // Journal of Photopolymer Science and Technology, -2009.-V22.-N3. P.311-312. 2. Vaia R.A., Dennis C.L, Natarajan L.V., Tondiglia V.P., Tomlin D.W., Bunning TJ. One-Step, Micrometer-Scale Organization of Nano- and Mesopolimerization: A Generic Technique. // Advanced Materials -2001. -V13. -N20. P.1570-1574. 3. Smirnova T.N., Kokhtych L.M., Kutsenko A.S., SahnO O.V., Stumpe J. The fabrication of periodic polymer/silver nanoparticle structures: in situ reduction of silver nanoparticles from precursor spatially distributed in polymer using holographic exposure. // Nanotechnology -2009, -20, P.405301 (llpp) (Прототип). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб виготовлення анізотропного, періодичного розподілу наночастинок в органічній матриці, який може бути використаний для створення елементів оптики, які застосовуються в приладах для фотоніки та оптоелектроніки (ґратки, фотонні кристали), що включає проведення на першому етапі в інтерференційному світловому полі фотополімеризації шару композиції з попередником наночастинок, розташованим на прозорій пластині, а на другому етапі при прогріві здійснюють синтез наночастинок, який відрізняється тим, що на першому етапі для захисту органічних матриць від механічних ушкоджень та дії кисню повітря плівки композиції розміщують між двома пластинами прозорого матеріалу та проводять фотополімеризацію в інтерференційному світловому полі, а для пришвидшення процесу синтезу наночастинок на другому етапі прогрів зразків замінюють їх опроміненням світлом ультрафіолетового та видимого діапазонів. 2 UA 68356 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3