用于体布拉格光栅的卤化单体和聚合物的制作方法

本文描述了用于体全息图、体全息元件、体全息光栅等的记录材料，以及通过写入或记录这种记录材料而产生的体全息图、体全息元件、体全息光栅。

背景技术：

1、在全息记录介质领域中公开了聚合物基底，包括例如光敏性聚合物薄膜。例如，参见smothers等人的“photopolymers for holography,”spie oe/laser conference,1212-03,los angeles,calif.,1990。本文中描述的全息记录介质包含光可成像系统(photoimageable system)，该光可成像系统包含液体单体材料(光活性单体)和光引发剂(其在曝露于光时促进单体的聚合)，其中光可成像系统在对曝露光基本上是惰性的有机聚合物主体基质中。在(通过使记录光穿过表示数据的阵列)将信息写入(记录)到材料中的过程中，单体在曝露区域中聚合。由于通过聚合引起的单体浓度的降低，来自材料的暗的、未曝露区域的单体扩散到曝露区域。例如，参见colburn和haines的“volume hologramformation in photopolymer materials,”appl.opt.10,1636-1641,1971。聚合和由此产生的扩散产生折射率变化(称为δn)，从而形成表示数据的全息图(全息光栅)。

2、在常规应用(诸如，涂料、密封剂、粘合剂等)中使用的光聚合物体系中，链长和聚合度通常通过使用高光强度、多功能单体、高浓度单体、热等来达到最大化并驱动至完满(completion)。通过使用高单体浓度的有机光聚合物制剂，在本领域中已知的全息记录介质中使用了类似的方法。例如，参见美国专利号5,874,187和5,759,721，它们公开了“单组分”有机光聚合物体系。然而，如果这样的单组分体系在一定程度上未用光预固化，则它们典型地具有大的布拉格失谐值(bragg detuning value)。

3、通过将聚合物基质的形成与用于记录全息信息的光化学分离，已经对全息光聚合物介质进行了改进。例如，请参阅美国专利号6,103,454和6,482,551，它们公开了“双组分”有机光聚合物体系。双组分有机光聚合物体系允许更均匀的起始条件(例如，针对记录过程)、更方便的处理和封装选择，以及以更少收缩或布拉格失谐来获得更高的动态范围介质的能力。

4、这样的双组分体系具有多种需要改进的问题。例如，全息光聚合物的性能在很大程度上通过聚合期间物质如何扩散来确定。通常，聚合和扩散在曝露区域内以相对不受控的方式同时发生。这导致了若干不期望的影响：例如，在聚合引发或终止反应后不与基质结合的聚合物自由地从膜的曝露区域扩散到未曝露区域，这使产生的条纹“模糊”，降低了最终全息图的δn和衍射效率。在曝露期间δn的积累意味着后续曝露可以散射来自这些光栅的光，从而使得形成噪声光栅。这在最终的波导显示器中产生了雾度和清晰度损失。如本文所描述的，对于具有恒定剂量/曝露的一系列多路复用曝露，第一次曝光将消耗大部分单体，这导致在每次曝露的衍射效率呈指数下降。为了平衡所有全息图的衍射效率，需要复杂的“剂量时间表”程序。

5、通常，全息介质的存储容量与介质的厚度成正比。将包含光可成像系统的预成型基质材料沉积到基底上典型地需要使用溶剂，并且材料的厚度因此被限制在例如不超过约150μm，以允许溶剂充分蒸发，从而获得稳定的材料并减少空隙形成。因此，对去除溶剂的需要抑制了介质的存储容量。

6、相反地，在体全息术(volume holography)中，介质厚度通常大于条纹间距，并且klein-cook q参数大于1。参见klein和cook的“unified approach to ultrasonic lightdiffraction,”ieee transaction on sonics and ultrasonics,su-14,123-134,1967。还已知通过由有机低聚物基质前体和光可成像系统的流体混合物原位聚合基质材料而形成的记录介质。因为沉积这些基质材料典型地只需要很少的溶剂或不需要溶剂，因此可以获得更大的厚度，例如200μm及以上。然而，尽管通过这种工艺获得了有用的结果，但在基质聚合物的前体与光活性单体之间存在反应的可能性。这种反应将降低基质与聚合的光活性单体之间的折射率对比度，从而在一定程度上影响存储的全息图的强度。

技术实现思路

1、本公开提供了一种化合物，该化合物为式11-26中的任一种：

2、

3、其中，在式11-20的所述化合物中，取代可以发生在邻位、间位、对位或其任意组合处；其中，在式21-25的所述化合物中，取代可以发生在2位、3位或其任意组合处；其中，在式26的所述化合物中，n在每次出现时独立地为0至9的整数；其中，式11-26的所述化合物可以在一个分子上具有不同官能团的多个取代；其中，r1在每次独立出现时为h或选自以下的取代基：f、cl、br、i、oh、cf3、cf2h、ch2f、甲基、乙基、丙基、丁基、异丙基、异丁基、叔丁基、部分卤化的甲基、部分卤化的乙基、部分卤化的丙基、部分卤化的丁基、部分卤化的异丙基、部分卤化的异丁基、部分卤化的叔丁基、完全卤化的甲基、完全卤化的乙基、完全卤化的丙基、完全卤化的丁基、完全卤化的异丙基、完全卤化的叔丁基、芳基、部分卤化的芳基和完全卤化的芳基；其中r2在每次独立出现时为包括以下的取代基：环氧基、氨基甲酸酯基、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、硫醇、醇、胺、烯烃或炔烃；式中，x在每次独立出现时为n、s、se、te、o或c；

4、在一些实施方案中，该化合物包括r基，该r基每次独立出现时为氢或取代基，该取代基包括选自以下的一个或多个基团：任选取代的烷基、任选取代的杂烷基、任选取代的烯基、任选取代的炔基、任选取代的环烷基、任选取代的杂环烷基、任选取代的芳基、任选取代的芳基烷基、任选取代的杂芳基、任选取代的杂芳基烷基、羟基、卤基、氰基、三氟甲基、三氟甲氧基、硝基、三甲基硅烷基、任选取代的环氧基、任选取代的环氧丙基、任选取代的丙烯酸酯基、任选取代的甲基丙烯酸酯基、-ora、-sra、-oc(o)-ra、-n(ra)2、-c(o)ra、-c(o)ora、-c(o)sra、-sc(o)ra、-oc(o)ora、-oc(o)n(ra)2、-c(o)n(ra)2、-n(ra)c(o)ora、-n(ra)c(o)ra、-n(ra)c(o)n(ra)2、-n(ra)c(nra)n(ra)2、-n(ra)s(o)tra、-s(o)tra、-s(o)tora、-s(o)tn(ra)2、-s(o)tn(ra)c(o)ra、-o(o)p(ora)2和-o(s)p(ora)2；t为1或2；并且ra在每次出现时独立地选自氢、任选取代的烷基、任选取代的杂烷基、任选取代的烯基、任选取代的炔基、任选取代的环烷基、任选取代的杂环烷基、任选取代的芳基、任选取代的芳基烷基、任选取代的杂芳基和任选取代的杂芳基烷基。

5、在一些实施方案中，取代基在任何独立出现时包括可聚合基团或可交联基团。

6、在一些实施方案中，取代基在任何独立出现时包括一个或多个联接基，该联接基选自：任选取代的-c1-10烷基-、-o-c1-10烷基-、-c1-10烯基-、-o-c1-10烯基-、-c1-10环烯基-、-o-c1-10环烯基-、-c1-10炔基-、-o-c1-10炔基-、-c1-10芳基-、-o-c1-10-、-芳基-、-o-、-s-、-s(o)w-、-c(o)-、-c(o)o-、-oc(o)-、-c(o)s-、-sc(o)-、-oc(o)o-、-n(rb)-、-c(o)n(rb)-、-n(rb)c(o)-、-oc(o)n(rb)-、-n(rb)c(o)o-、-sc(o)n(rb)-、-n(rb)c(o)s-、-n(rb)c(o)n(rb)-、-n(rb)c(nrb)n(rb)-、-n(rb)s(o)w-、-s(o)wn(rb)-、-s(o)wo-、-os(o)w-、-os(o)wo-、-o(o)p(orb)o-、(o)p(o-)3、-o(s)p(orb)o-和(s)p(o-)3,其中w为1或2，并且rb独立地为氢、任选取代的烷基、或任选取代的芳基。

7、在一些实施方案中，取代基在任何独立出现时包括一个或多个联接基，该联接基选自：-(ch2)p-、取代的-c1-10烷基-、1,2二取代苯基、1,3二取代苯基、1,4二取代苯基、二取代环氧丙基、三取代环氧丙基、-ch＝ch-、-c≡c-、-o-、-s-、-s(o)2-、-c(o)-、-c(o)o-、-oc(o)-、-oc(o)o-、-nh-、-c(o)nh-、-nhc(o)-、-oc(o)nh-、-nhc(o)o-、-sc(o)nh-、-nhc(o)s-、-nhc(o)nh-、-nhc(nh)nh-、-nhs(o)2-、-s(o)2nh-、-s(o)2o-、-os(o)2-、-os(o)o-、(o)p(o-)3和(s)p(o-)3，其中p为1至12的整数。

8、在一些实施方案中，取代基在任何独立出现时包括一个或多个联接基，该联接基选自：取代的-(ch2)-、-(ch2)2-、取代的-(ch2)3-、取代的-(ch2)4-、取代的-(ch2)5-、取代的-(ch2)6-、-(ch2)-、-(ch2)2-、-(ch2)3-、-(ch2)4-、-(ch2)5-、-(ch2)6-、1,4二取代苯基、二取代环氧丙基、三取代环氧丙基、-ch＝ch-、-o-、-s-、-c(o)-、-c(o)o-、-oc(o)-、-nh-、-c(o)nh-、-nhc(o)-、-oc(o)nh-、-nhc(o)o-、-sc(o)nh-、-nhc(o)s-以及(s)p(o-)3。

9、在一些实施方案中，取代基在任何独立出现时包括一个或多个端基，该端基选自：氢、任选取代的烷基、任选取代的杂烷基、任选取代的烯基、任选取代的炔基、任选取代的环烷基、任选取代的杂环烷基、任选取代的芳基、任选取代的芳基烷基、任选取代的杂芳基、任选取代的杂芳基烷基、任选取代的丙烯酸酯基、任选取代的甲基丙烯酸酯基、任选取代的苯乙烯基、任选取代的环氧基、任选取代的环硫乙烷基(thiirane)、任选取代的环氧丙基、任选取代的内酯基、任选取代的碳酸酯基、羟基、卤基、氰基、三氟甲基、三氟甲氧基、硝基和三甲基硅烷基。

10、在一些实施方案中，取代基在任何独立出现时包括一个或多个端基，该端基选自：烯基、环烯基、任选取代的芳基和任选取代的杂芳基。

11、在一些实施方案中，取代基在任何独立出现时包括一个或多个端基，该端基选自：任选取代的丙烯酸酯基、任选取代的甲基丙烯酸酯基、任选取代的乙烯基、任选取代的环氧基、任选取代的环硫乙烷基、任选取代的环氧丙基和任选取代的烯丙基。

12、在一些实施方案中，取代基在任何独立出现时包括一个或多个端基，该端基选自：乙烯基、烯丙基、环氧基、环硫乙烷基、环氧丙基、丙烯酸酯基和甲基丙烯酸酯基。

13、在一些实施方案中，取代基在任何独立出现时包括一个或多个端基，该端基选自：任选取代的噻吩基、任选的取代的硫代吡喃基、任选的取代的噻吩并噻吩基和任选的取代的苯并噻吩基。

14、在一些实施方案中，可聚合性基团或可交联基团选自：任选取代的烯基、任选取代的环烯基、任选取代的炔基、任选取代的丙烯酸酯基、任选取代的甲基丙烯酸酯基、任选取代的苯乙烯基、任选取代的环氧基、任选取代的环硫乙烷基、任选取代的环氧丙基、任选取代的内酯基、任选取代的内酰胺基和任选取代的碳酸酯基。

15、在一些实施方案中，可聚合性基团或可交联基团选自：乙烯基、烯丙基、环氧基、环硫乙烷基、环氧丙基、丙烯酸酯基和甲基丙烯酸酯基。

16、在一些实施方案中，ar选自取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的蒽基、取代或未取代的菲基、取代或未取代的非那烯基、取代或未取代的并四苯基基(基，chrysenyl)、取代或未取代的基、取代或未取代的苯并菲基(triphenylenyl)、以及取代或未取代的芘基。

17、在一些实施方案中，取代基在任何独立出现时包括选自以下的一个或多个基团：-me、-ome、-oph、-sme、-sph、-f、-cl、-br和-i。

18、在一些实施方案中，取代基在任何独立出现时包括选自以下的一个或多个基团：

19、在一些实施方案中，取代基在任何独立出现时包括选自以下的一个或多个基团：

20、

21、在一些实施方案中，取代基在任何独立出现时包括选自以下的一个或多个基团：

22、

23、在一些实施方案中，取代基在任何独立出现时包括选自以下的一个或多个基团：

24、

25、

26、本公开还提供了一种树脂混合物，该树脂混合物包括第一聚合物前体，该第一聚合物前体包括本文中描述的式11-26中的任何一种化合物或其任何变体，其中该化合物是写入前体。在一些实施方案中，该树脂混合物还包括第二聚合物前体，该第二聚合物前体包括与本文中描述的式11-26中的任何一种不同的化合物或其任何变体，其中该化合物为基质前体。在一些实施方案中，基质前体选自醇和异氰酸酯。

27、本公开还提供了一种聚合材料，该聚合材料包括本文中描述的树脂混合物，其中基质前体部分地或完全地聚合或交联。在一些实施方案中，写入前体部分地或完全地聚合或交联。

28、本公开还提供了一种用于写入体布拉格光栅的记录材料，该材料包括本文中描述的树脂混合物或本文中描述的聚合材料。在一些实施方案中，记录材料还包括透明载体。在一些实施方案中，该材料的厚度在1μm与500μm之间。

29、本公开还提供一种记录在本文中描述的记录材料上的体布拉格光栅，其中，该光栅的特征在于q参数等于或大于1，其中

30、

31、且其中λ0为记录波长，d为记录材料的厚度，n0为记录材料的折射率，并且λ为光栅常数。在一些实施方案中，q参数等于或大于5。在一些实施方案中，q参数等于或大于10。

32、本公开还提供了本文中描述的树脂混合物、本文中描述的聚合材料、本文中描述的记录材料或本文中描述的体布拉格光栅，每一者都独立地包括选自以下的一种或多种非共价相互作用：

33、

34、本公开还提供了本文中描述的树脂混合物、本文中描述的聚合材料、本文中描述的记录材料或本文中描述的体布拉格光栅，每一者都独立地包括选自以下的一种或多种非共价相互作用：

35、

36、

37、将理解其中树脂混合物、聚合材料、记录材料或体布拉格光栅的实施方案可以具有本文中描述的化合物的任何所描述的特征。特别地，应当理解的是，本文描述的、适合结合至本公开的一个或多个方面或实施方案中的任何特征旨在在本公开的任何和所有方面和实施方案中是可概括的。本领域技术人员根据本公开的说明书、权利要求和附图可以理解本公开的其他方面。上述一般描述和下面的详细描述仅是示例性和解释性的，并不限制权利要求。