實驗部分

類染料（quinone-based dye）掺雜在感光高分子在曝光之後，將會改善光反應速率。

在這項研究中，我們為了改善PQ/Poly(HEMA-co-MMA)感光高分子的全像記錄特徵 藉由混掺鑭系（lanthanoid）化合物。五種不同的鑭系（lanthanoid）有機金屬化合物、

（Ce³⁺、Nd³⁺、Er³⁺、Yb³⁺、Lu³⁺

3.2 實驗部分

）與PQ混掺製造成五種不同的感光高分子。鑭系感光高 分子全像記錄的特性 ，包括記錄材料的繞射效率（Diffraction efficiency）、敏感度

（sensitivity）與動態儲存範圍（dynamic range）都將在實驗中被探討，同時也會討論PQ 與鑭系有機金屬化合物於全像記錄時的記錄反應機制。

3.2.1 材料組成

單 體 HEMA(2-Hydroxyethyl methacrylate )和 MMA(methyl methacrylate) ， 購 置 於 Showa公司與Acros公司。單體在使用之前放置於冰箱中保存，其純化使用減壓蒸餾來除

去單體中的抑止劑。2,2-azio-bis-isobutyrolnitrile（AIBN）為熱起使劑，購置於Tokyo Chemical Industry（TCI）公司，經由再結晶純化即可使用。光敏感劑，9,10-phenanthrenequinone

（PQ）購置於TCI公司。鑭系（lanthanoid）有機金屬化合物，醋酸水合鎦、lutetium(III) acetate hydrate (99.9%) [Lu(ac)3]，醋酸水合鐿、ytterbium (III) acetate tetrahydrate (99%) [Yb(ac)3]，醋酸水合鉺、erbium (III) acetate tetrahydrate(99%) [Er(ac)3]，醋酸水合釹、

neodymium (III) acetate hydrate (99.9%)[Nd(ac)3] 與醋酸水合鈰、cerium (III) acetate hydrate (99.9%) [Ce(ac)3]，都購置於Sigma-Aldrich公司。圖 3-1表示所有化合物的化學結

33

Methyl methacrylate 2-Hydroxyethyl methacrylate

2,2-Azo-bis-isobutyrolnitrile 9,10-Phenanthrenequinone

Lutetium(III) acetate hydrate Ytterbium(III) acetate tetrahydrate

Erbium(III) acerate tetrahydrate Neodymium(III) acetate hydrate

Cerium(III) acetate hydrate

圖 3-1 所有化合物的化學結構

3.2.2 全像材料之製備

首先，為了要增加鑭系（lanthanoid）有機金屬化合物的溶解度，我們誘導HEMA

34

單體進入我們的系統，單體MMA與HEMA以重量比例 9:1 混合，這是因為鑭系（lanthanoid）

有機金屬化合物在HEMA單體有較好的溶解度。為更進一步了解摻雜鑭系（lanthanoid）

有 機 金 屬 化 合 物 的 影 響 ， 其 溶 質 都 保 持 相 同 的 莫 耳 濃 度 在 樣 品 材 料 裡 面 。 鑭 系

（lanthanoid）有機金屬化合物濃度為 3.6×10^-3mol％，PQ分子濃度為 0.36mol％。最後，

把 0.65mol％的AIBN加入混合的單體溶劑裡，在室溫下用磁石攪拌直到所有的溶質分散 和均勻混合。過濾器（filter）孔徑尺寸為 0.2μm被使用來篩選出該溶液中的雜質。兩階 段的熱聚合用來製造感光高分子。在第一階段中，混合溶液在 35℃下攪拌 12 小時，直 到它變得均勻黏稠。然後，把黏稠的溶液注入玻璃容器（模具）10cm×10cm×2mm。在 第二階段中，將灌好黏稠單體的模具置於 45℃的熱風循環烘箱中烘烤 72 小時，直到大 部分的單體MMA與HEMA聚合形成堅硬的高分子塊材。所有的樣品都在暗室的環境中準 備。我們可以使用這樣的方法來製造 2mm厚的塊狀感光高分子，其具有良好的光學品 質。

3.2.3 全像量測

全像記錄實驗中，我們使用四波耦合光學系統，如圖 3-2 所示。使用的記錄光源 波長為 532nm 的 DSSP 雷射（Verdi-10），從 Coherent 公司所購置。 532nm 雷射光束 被分成兩道強度相同比例 1:1 的光束，兩道雷射光夾角 30°的角度入射至樣品，使用快 門控制其中一道光束的進入並做為讀取光源，以光偵測器讀取繞射光的強度。繞射效率 被定義為繞射光與穿透光強度的總和對繞射光強度的比值。我們採用旋轉多工的記錄方

35

式來量測 2mm 厚的樣品。所謂旋轉多工的記錄方式，將樣品置放於旋轉平台上，量測 樣品多工記錄時的動態儲存範圍。

圖 3-2 全像記錄的光學架構示意圖

3.2.4 材料化學量測

為了更確認新材料的特性與記錄機制， 我們使用四種儀器來進行分析。首先分別 對六種樣品（PQ+Lu(ac)3、PQ+Yb(ac)3、PQ+Er(ac)3、PQ+Nd(ac)3、PQ+Ce(ac)3與PQ/Poly

（HEMA-co-MMMA ）)進行 UV-VIS 的 光 譜量 測 ， 分 析 UV 儀器 型 號 為UV3600 購置 於 Shimadzu Co公司。其待測物有曝光前和曝光後的樣品，後者是使用DSSP雷射 532nm曝

36

照樣品，光強度為 40W/cm²

傅立葉轉換─紅外光光譜儀(FTIR；Nicolet Protégé-460 Fourier transform infrared spectrumphotometer)分析觀察樣品照光前後的官能基變化。這部分只討論PQ+Lu(ac)

，使樣品顏色由黃橘色轉變為透明，這可以瞭解摻入鑭系

（lanthanoid）有機金屬化合物樣品的感光波段。另一方面，藉著UV-VIS圖譜來計算並了 解樣品材料曝光前後的能隙（energy gap）變化與繞射效率的關連性。