В настоящее время актуальной задачей является создание дифракционных оптических элементов (ДОЭ). Для их изготовления на гладкой поверхности необходимо получать поверхностный микрорельеф с непрерывным профилем. Авторами целенаправленно был проведен поиск записывающих сред и технологий, которые бы позволяли получать оптически гладкий, нерассеивающий свет микрорельеф с непрерывным профилем в диапазоне от долей до десятков микрон. Существующие технологии не позволяют удовлетворить данным требованиям. Эксперименты с жидкими фотополимеризующимися композициями (ЖФПК) привели к обнаружению нового эффекта рельефообразования, в основе которого лежит явление массопереноса.

В данной работе исследован процесс рельефообразования в слоях сетчатых олигоэфиров, экспонированных пространственно - модулированным световым полем.

Экспозиция проводилась так, что первоначально жидкий олигомер переходил фазу гелеобразования и в светлых и в темных зонах экспонирующего излучения. В результате получался слой форполимера с пространственно-модулированной степенью конверсии. Далее экспозиция прерывалась. В постэкспозиционный период происходит самопроизвольное образование и рост поверхностного рельефа за счет явления массопереноса оставшегося жидким олигомера. То, что действительно имеет место массоперенос, а не контракция (усадка) слоя, доказывается тем, что относительно начального уровня слоя (рис. 3) в бывших светлых местах наблюдается вспучивание, а в темных местах провал. Разница в уровнях между вспучиванием и провалом зависит от первоначальной толщины слоя и при удачно проведенном эксперименте может доходить до его половины. Усадка же композиции с которой проводились эксперименты за счет раскрытия двойных связей составляет 4.5%.Т.е. перепад уровней (50% от первоначальной толщины) не вписывается в гипотезу усадочности. А тот факт что в более светлых участках толщина слоя растет, а не уменьшается совсем ее исключает.

Механизм рельефообразования на ЖФПК.
Жидкий светочувствительный слой формируется из композиции олигоэфиракрилатов в качестве полимеризующегося соединения и изобутилового эфира бензоина в качестве фотоинициатора. Запись периодической структуры осуществляется на проекционной установке,

Рассматривая физику процесса записи с точки зрения термодинамических представлений о трехмерной полимеризации, можно ограничиться рассмотрением элементарной ячейки, представленной в виде контактирующих между собой областей узла и пучности светового поля (рис. 3). Между указанными областями осуществляется диффузионный обмен частицами.
 

Рис. 3. Модель формирования рельефа:   а) – начальная стадия,   б) - начало массопереноса,   в) - окончание процесса формирования

 
Инициирование полимеризации начинается в областях максимальной засветки и приводит там к снижению количества молекул олигомера и возрастанию числа молекул полимера, что вызывает появление полимерного геля.

После гелеобразования в местах засветки подвижность молекул полимера оказывается ограниченной, происходит пространственная фиксация образовавшегося полимера на ограничивающих слой поверхностях. При этом начинается процесс диффузии олигомера в полимер или наоборот. Направление диффузии определяется по крайней мере тремя причинами:

• знаком изменения химического потенциала олигомера внутри геля. Если он отрицателен, олигомер диффундирует в полимер, если положителен – олигомер вытесняется из геля.
• избыточным осмотическим давлением в системе полимер (сетка)-растворитель (олигомер)
• неравномерным распределением свободных радикалов в зонах экспозиции. В более светлых участках зон количество свободных радикалов больше чем в более темных. По этой причине олигомер диффундировавший в сторону более густой сетки в силу первых двух пунктов, остается преимущественно в бывших более светлых местах, впоследствии дополимеризовываясь там, используя нерекомбинировавшие после экспозиции свободные радикалы.

Таким образом, экспонирование проводится до такой степени конверсии первоначально жидкого олигомера, когда он превращается в мягкий резиноподобный слой. Затем снимается верхнее стекло. На поверхности этого слоя можно сразу наблюдать рельефный рисунок экспонируемого фотошаблона. Если измерить высоту рельефа после снятия верхнего стекла, то она составит 1/20 часть от максимально возможной высоты. Исходя из тенденции увеличения высоты рельефа в темноте за счет эффекта массопереноса (как указывалось ранее), полученный образец помещается в темное место на время от нескольких часов до 3 суток, в зависимости от того какую высоту рельефа необходимо получить. Во время темнового роста (т.е. самопроизвольного увеличения высоты рельефа в темноте) периодически проводятся измерения рельефа на интерферометре. Светочувствительность ЖФПК к видимому свету достаточно мала, что не вызывает опасения засветить образец за время контроля. По достижении необходимой высоты производится фиксирование путем общей засветки УФ - излучением в вакууме. При этом проходит полная полимеризация и образец приобретает свойства жесткого пластика, с которого можно снимать копии, напылять металл и т.д.

Заключение
Таким образом был обнаружен эффект массопереноса в сетчатых полимерах, который позволяет получать рельефные изображения с непрерывным профилем нужной (контролируемой) высоты без проявления в растворителе. Были достигнуты высоты рельефа от долей до 200 мкм.