信息記錄材料及應(yīng)用

信息記錄材料及應(yīng)用1第一章緒論2第一節(jié)信息的形式及載體一.信息的形式1.模擬量信息

彩色、密度、圖像、圖形………2.數(shù)字式信息

101001013.文字/字母/符號信息

a,b,c……..3二.信息的載體1.能量信息載體(EnergyInformationCarrier)光

波長，強度……音

頻率，強度……電

電壓，電流，頻率，強度，靜電荷，電子束……磁

磁強度……粒子束

強度……力

強度……42.物性信息載體(MaterialPropertyInformationCarrier)光物性

反射，吸收，透過，折射，偏光，發(fā)光性，發(fā)色性……音物性反射，吸收……電物性導電性，起電性，介電性，電荷接收性，電子放射性……磁性磁化率，透磁性……熱物性導熱率，熱容量，熱融性，軟化性，分解性……5界面物性

附著性，潤濕，吸附性，粘著性……化學物性反應(yīng)性，染色性，穩(wěn)定性……力學物性硬度，粘彈性，膨脹性，收縮性，破壞性……形態(tài)物性凹凸性，孔的有無，平滑度……6第二節(jié)信息的記錄一.信息記錄的基本過程原信息載體轉(zhuǎn)換能量吸收材料內(nèi)部轉(zhuǎn)換后處理記錄信息7二.信息載體的轉(zhuǎn)換1.能量能量2.能量物性3.物性能量4.物性物性8三.信息記錄材料信息記錄、儲存、傳輸和再現(xiàn)的工具。主體：影像信息獲?。汗狻?、磁、電……材料：銀鹽感光材料、非銀鹽感光材料、磁記錄材料……9第三節(jié)信息記錄材料的分類一.按記錄信息的特點分類1.非重復性記錄技術(shù)(Non-rewritableMarkingTechnology)只能進行一次信息寫入的記錄技術(shù)，所記錄的信息在常規(guī)條件下能穩(wěn)定存在，不隨時間和空間的變化而變化。銀鹽記錄技術(shù)、光(X射線，電子束，離子束)微刻技術(shù)、硬拷貝技術(shù)等等都屬于這個范疇。102.可重復性記錄技術(shù)(Re-writableMarkingTechnology)信息可以多次重復寫入和擦除的記錄技術(shù)，所記錄的信息在所記錄的信息在常規(guī)條件下能穩(wěn)定存在，不隨時間和空間的變化而變化，但在適當外部物理刺激下可以被擦除，記錄媒介回到其初始狀態(tài)。磁記錄技術(shù)、光致變色技術(shù)、可逆熱敏記錄技術(shù)等等都屬于這個范疇。113.顯示技術(shù)(DisplayTechnology)靠特定不間斷物理刺激維持的“記錄”技術(shù)，所“記錄”的信息隨物理刺激強弱的變化而變化，不存在上述兩種系統(tǒng)的時空穩(wěn)定性。激光顯示、熒光屏/液晶/霓虹燈顯示等等都屬于這個范疇。12二.按材料內(nèi)部轉(zhuǎn)換模式分類1.光敏記錄系統(tǒng)(PhotosensitiveSystems)1-1.光化學記錄系統(tǒng)(PhotochemicalSystems)(1)銀鹽照相(SilverHalidePhotography)(2)非銀鹽照相(Non-silverHalidePhotography)1-2.光物理記錄系統(tǒng)(PhotophysicalSystems)(1)靜電照相(ElectoePhotography/Xerography)(2)光致熱敏記錄(Photo-inducedThermalRecording)132.熱敏記錄系統(tǒng)(ThermalSensitiveSystems)2-1.不可逆熱敏系統(tǒng)(Non-reversibleThermalSystems)(1)熱物質(zhì)轉(zhuǎn)移(ThermalTransferSystems)a.熱蠟轉(zhuǎn)移(ThermalWaxTransfer)b.染料熱升華(DaySublimationProcess)(2)熱刻蝕系統(tǒng)(ThermalAblazeSystem)(3)熱致化學反應(yīng)(ThermalChemicalProcess)2-2.可逆熱敏系統(tǒng)(ReversibleThermalSystems)143.靜電記錄系統(tǒng)(ElectrostaticRecordingSystems)3-1.放電破壞(ElectrostaticDestructiveProcess)3-2.電荷沉積(ChargeDepositionProcess)3-3.電解成像(ElectrolysisImaging)4.噴墨記錄系統(tǒng)(InkJetSystem)5.磁記錄系統(tǒng)(MagneticRecordingSystems)6.壓敏記錄系統(tǒng)(PressureSensitiveSystems)157.其它高密記錄/存儲系統(tǒng)7-1.光化學燒空(PHB.PhotochemicalHoleBurning)7-2.光致變色(Photochromism)7-3.光磁盤(Photo-magneticDisk)7-4.光盤(LaserDisk)16第四節(jié)信息記錄材料的應(yīng)用領(lǐng)域印刷、電影、電視、照相、涂料、醫(yī)療、工業(yè)….17第二章信息記錄材料的科學基礎(chǔ)18第一節(jié)光化學過程的基本原理一.光化學反應(yīng)的基本原理光化學：研究電子激發(fā)態(tài)的原子、分子的結(jié)構(gòu)及其物理化學性質(zhì)的科學。光化學反應(yīng)：物質(zhì)由于光的作用引起的化學反應(yīng)。19Grotthus-Draper定律：只有被分子吸收的光才可以引起光化學變化。Stark-Einstein定律：一個分子在吸收一個光子后即生成電子激發(fā)態(tài)。特點：電子分布發(fā)生變化，即激發(fā)態(tài)分子

20過程：1.激發(fā)過程：分子吸收光能，電子從基態(tài)向高能級躍遷，成為激發(fā)態(tài)。2.化學反應(yīng)：激發(fā)態(tài)分子向其它分子轉(zhuǎn)移能量或產(chǎn)生各種活性中間體而發(fā)生化學反應(yīng)。光化學一次過程光化學二次過程21基態(tài)分子激發(fā)態(tài)分子吸光放出能量激發(fā)態(tài)分子生成物Ⅰ

活性物生成物Ⅱ激發(fā)態(tài)分子基態(tài)分子反應(yīng)或失活能量轉(zhuǎn)移失活失活22二.光的特性1.光能光：光是一種物質(zhì)，由物體內(nèi)部向外輻射的能量，以電磁波的形式進行傳播。特點：波粒二象性能量：E=hμ=hC/λ232.光吸收定律Lambert-Beer定律log(I0/I)=εclorI=I0×10-εcl

ε只與吸光物質(zhì)及光的波長有關(guān)24三.電子的躍遷和激發(fā)態(tài)1.分子軌道分子軌道：構(gòu)成分子的原子價殼層的原子軌道線性組合形成的。EφAφBΨ2=φA-φBΨ1=φA+φBAA-BB25分子軌道類型：未成鍵電子軌道：n成鍵電子軌道：σ、π反鍵電子軌道：σ*、π*Enπ*σ*πσAB262.電子的躍遷

nσ*nπ*ππ*273.激發(fā)態(tài)ES1T3T2T1S2S0狀態(tài)能級圖系間竄越28激發(fā)態(tài)的衰減無輻射躍遷：Sn

Sn-1S1S0

Tn

Tn-1T1S0輻射躍遷：S1S0（熒光）

T1S0（磷光）分子間能量轉(zhuǎn)移：D*＋A＝D＋A*

即：D*(S1)＋A(S0)＝D(S0)＋A*(S1)

D*(T1)＋A(S0)＝D(S0)＋A*(T1)29第二節(jié)光物理過程的基本原理光電子光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)光電光熱30一.能帶結(jié)構(gòu)真空能級單個原子多原子分子E導帶禁帶價帶31二.光電子過程hυ電子空穴功函數(shù)hυ≥功函數(shù)E32三.光電過程hυ電子空穴導帶價帶禁帶真空能級hυ≥EgE33四.光熱過程熱致化學反應(yīng)光熱熱致物質(zhì)轉(zhuǎn)移熱致相變化34第三節(jié)信息記錄質(zhì)量的評價參數(shù)信息記錄密度/信息容量記錄速度/敏感度記錄可靠性雜音/信噪比記錄信息的穩(wěn)定性記錄信息的可識別性記錄系統(tǒng)的操作性成本/價格性能比對消耗材料的技術(shù)要求記錄系統(tǒng)對環(huán)境是否造成污染35第三章銀鹽感光材料及應(yīng)用36第一節(jié)銀鹽感光材料的發(fā)展及演變

1727年發(fā)現(xiàn)AgCl具有感光性1800年AgNO3制成成像材料，影像不固定AgCl取代AgNO31835年NaCl定影1839年海波(Na2S2O3)定影

感光材料的誕生

光敏物質(zhì):AgXXCl、Br、I371839年銀板法Ag板I2AgIhυHg氣Ag-Hg定影影像1841年美色法紙AgNO3KI處理hυ顯影定影負像

過蠟、復制381851年珂羅酊濕板法硝化纖維棉膠碘棉膠玻璃板hυ顯影定影影像1871年明膠代替棉膠照相干版AgBr代替AgCl

感光材料進入新階段溶解KI涂布濕Fe2SO4391873年染料引入

全色感光材料1887年片基代替玻璃

膠片

401920’彩色感光材料出現(xiàn)1.染印法黑白感光材料分色成像，C、M、Y三色染料染色，疊加得到彩色影像。2.多層片：1935年Kodak1936年Agfa3.一步成像：Polar4.銀漂法：Ciba41第二節(jié)銀鹽感光材料的基本結(jié)構(gòu)和成像過程一.感光材料的基本結(jié)構(gòu)乳劑層支持體輔助層黑白感光材料的結(jié)構(gòu)42感藍層支持體彩色感光材料的結(jié)構(gòu)感綠層感紅層輔助層43㈠.乳劑層照相過程進行的部位：曝光、顯影加工、影像厚度：5～25μmAgX晶體照相明膠補加劑441.AgX晶體AgNO3＋KXAgX＋K+＋NO3-明膠溶液AgX：均勻分散于明膠溶液中照相性能：大小、形狀、分散度大小：0.5～2μm印刷膠片：1μmAgNO3＋KXAgX＋K+＋NO3-明膠溶液452.照相明膠各種氨基酸組成的高分子蛋白質(zhì)46H2N—gel—COOH⑴照相明膠的結(jié)構(gòu)47⑵照相明膠的物化性質(zhì)及作用①明膠的等電點H2N—gel—COO-H3N+—gel—COO-H3N+—gel—COOHpH高pH低②明膠的凝聚作用明膠溶液中加入某些無機鹽或有機物，明膠會凝聚沉降48③明膠的吸水膨脹④明膠的凝固和熔化⑤明膠的保護作用⑥明膠的堅膜作用49⑶明膠中微量活性雜質(zhì)的作用①無機硫化物Na2S2O3：Ag2S、增感Na2SO3：Ag、增感，灰霧增大②有機硫化物胱氨酸、半胱氨酸：減感③醛類生成Ag④核酸及降解產(chǎn)物抑制AgX顆粒的生長503.補加劑完善感光材料的照相性能與物理機械性能化學增感劑、光譜增感劑、堅膜劑、穩(wěn)定劑、防灰霧劑……51㈡照相乳劑制備配液乳化物理成熟水洗化學成熟光譜增感521.配液AgNO3水溶液鹵化物水溶液照相明膠水溶液532.乳化將AgNO3水溶液、鹵化物水溶液、照相明膠水溶液混合，生成AgX明膠水溶液的過程。AgNO3＋KXAgX＋K+＋NO3-明膠溶液目的：確定乳劑的基本照相性能AgX顆粒大小、分布過程：AgX晶核的形成和晶體的初步成長543.物理成熟AgX晶體成長的過程小顆粒的溶解，大顆粒的長大顆粒的聚集、再結(jié)晶

決定感光乳劑最終的照相性能554.水洗終止物理成熟除去雜質(zhì)離子565.化學成熟目的：照相性能達到使用要求方法：化學增感，在AgX晶體表面發(fā)生化學反應(yīng)生成感光中心感光中心：Ag2S、Ag、Au……質(zhì)點57⑴硫增感：Na2S2O3感光中心：Ag2S⑵還原增感：Na2SO3感光中心：Ag⑶金增感：AuCl3＋NH4CNS感光中心：Au……586.光譜增感增加感光乳劑的光譜敏感范圍方法：光譜增感劑（菁染料）吸附于AgX晶體表面種類：感綠增感染料、感紅增感染料、紅外增感染料59增感機理⑴電子傳遞機理AgXDyeS0S1S0S1hυeAg+＋eAg

60⑵能量傳遞機理AgXDyeS0S1S0S1hυeAg+＋eAg

S0S1e活性部位617.成色劑（彩色感光材料）染料中間體結(jié)構(gòu)：X：顯色基團Y：加重基團種類：黃成色劑、品紅成色劑、青成色劑CH2XY成色劑＋顯影劑氧化產(chǎn)物染料62黃青品R：油溶性基團水溶性基團63㈡支持體種類:片基膠片高分子薄膜，醋酸片基、滌綸片基紙基相紙玻璃照相干版64㈢輔助層完善感光材料的物理化學性能底層、防卷曲層、防靜電層、防光暈層、保護層；濾色層、隔層（彩色感光材料）651.底層粘接乳劑層和支持體⑴片基明膠、高分子樹脂⑵紙基黑白：鋇底，BaSO4+明膠

彩色：涂塑，TiO2+聚乙烯⑶玻璃蛋白、明膠662.防卷曲層保持感光材料的平整度3.防靜電層防止靜電荷的積累材料：電解質(zhì)674.防光暈層防止光暈的產(chǎn)生68組成：吸光物質(zhì)、明膠吸光物質(zhì)：膠態(tài)銀、碳黑、防光暈染料染料顏色選擇：乳劑對什么光敏感，染料對該色光吸收。5.保護層保護乳劑層組成：明膠彩色：紫外吸收劑69彩色感光材料6.濾色層吸收藍光7.隔層防止顯影劑氧化產(chǎn)物竄層70二.成像過程1.黑白感光材料曝光顯影AgX(hυ)＋顯影劑Ag(影像)＋顯影劑氧化產(chǎn)物定影除去未曝光的AgXAgXAg+＋X＋eAg+＋eAghυ71曝光顯影2.彩色感光材料AgX(hυ)＋彩色顯影劑Ag(影像)＋彩色顯影劑氧化產(chǎn)物彩色顯影劑氧化產(chǎn)物＋成色劑染料(影像)AgXAg+＋X＋eAg+＋eAghυ72定影除去未曝光的AgX漂白除去生成的Ag影像得到染料影像73WBCGYRMBk曝光顯影感藍層感綠層感紅層原稿74漂白定影BkYRMBCGW影像75彩色影像色調(diào)失真的校正400500700600λD400500700600λD實際吸收理想吸收造成有害吸收76馬斯克成色劑技術(shù)（帶色成色劑）DlgHMDye總吸收藍光產(chǎn)生的黃密度MDye吸收藍光產(chǎn)生的黃密度M成色劑吸收藍光產(chǎn)生的黃密度結(jié)果：使有害吸收成為恒定值77DIR成色劑（顯影抑制成色劑）DlgHMDyeYDyeMDye吸收藍光產(chǎn)生的黃密度總的黃密度78DlgHMDye總的黃密度MDye吸收藍光產(chǎn)生的黃密度YDye結(jié)果：消除有害吸收79印片校正減色法原理：照片偏什么顏色，則光路中加該色濾色片，或減去該色光補色濾色片。濾色片：Y、M、C80第三節(jié)潛影形成理論一.AgX晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1.AgX晶體的結(jié)構(gòu)

點陣結(jié)構(gòu)：質(zhì)子按照一定規(guī)律排列AgCl、AgBr、AgI組成立方體的混合晶體812.AgX晶體的不完整性物理上的不完整性化學上的不純潔性⑴物理上的不完整性點陣結(jié)構(gòu)的缺陷點陣結(jié)構(gòu)的位錯82①點陣結(jié)構(gòu)的缺陷AgX晶體中的離子在點陣位置發(fā)生遷移，出現(xiàn)在不該存在的位置。佛倫克爾缺陷肖特基缺陷Ag+i空點陣83②點陣結(jié)構(gòu)的位錯AgX晶體中的某些離子偏離點陣位置，造成晶體外形畸變。棱位錯螺旋位錯：晶面滑移結(jié)果：AgX晶體點陣結(jié)構(gòu)中電荷不平衡84⑵化學上的不純潔性點陣結(jié)構(gòu)中摻入雜質(zhì)結(jié)果：AgX晶體點陣結(jié)構(gòu)中電荷不平衡AgX晶體點陣結(jié)構(gòu)中電荷不平衡，形成晶體內(nèi)部的薄弱環(huán)節(jié)，即感光中心85二.潛影理論1.潛影的本質(zhì)感光材料曝光后形成肉眼看不到的潛伏影像組成：數(shù)個Ag組成的微斑位置：感光中心862.潛影的形成hυ⑴AgXAg+＋X＋e⑵

Ag+＋eAg……Agn(顯影中心)潛影⑶正空穴遷移至AgX晶體表面，被明膠吸收感光中心87ee潛影的形成hυ883.潛影理論⑴Gurney-Mott理論光分解反應(yīng)：AgX顆粒的幾個點顯影：AgX顆粒的幾個點開始Ａ.兩個實體感光中心：Ag2S、Ag、Au……空隙銀離子：Ag+i89B.兩個階段電子階段：AgXAg+＋X＋e離子階段：AgX表面的Ag2S為電子深阱Ag2S+eAg2S-

hυ價帶導帶AgXAg2Se90C.在陷阱中e與Ag+i結(jié)合還原出AgAg2S-+Ag+iAg2SAg……Ag2SAgn(顯影中心)缺陷：Ag2S分布Ag2S的化學反應(yīng)正空穴的去向91⑵Mitchell理論A.AgXAg+＋X＋e

B.存在Ag+i

電子陷阱：位錯和缺陷

Ag+i+eAg

不穩(wěn)定，回歸兩個階段：低效階段AgAg3~4

（穩(wěn)定）

高效階段Ag3~4

Agn（顯影中心）hυ92D.

Ag2S為淺阱，捕獲電子后回溢出Ag2SAg2S-Ag2SAg2SAgS-+Ag+i

E.正空穴的遷移及被Ag2S捕獲Ag2S+XAgS-+Ag+i+X+e-e熱93第四節(jié)感光材料的照相性能一.照相性能感光材料本身所固有的，直接決定和影響影像質(zhì)量的因素。1.最大密度（DMax）感光材料曝光顯影加工影像表示方法：透光率、阻光率、光學密度94透光率(T)T=透射光通量(F)/入射光通量(F0)阻光率(O)O=1/T=F0/F光學密度(D)D=lgO=lg1/TF0F95特性曲線lgHDABCEF趾部(AB):曝光不足直線(BC):曝光正確肩部(CE):曝光過度反轉(zhuǎn)部(EF):特殊現(xiàn)象E點：DMaxA點：D0962.反差系數(shù)（γ）反差：被攝體或影像中最亮部分與最暗部分的差別程度反差系數(shù)(γ)=影像反差/被攝體反差=(D2－D1)/(lgH2－lgH1)lgHDD1D2lgH1lgH2反差：被攝體、影像的性質(zhì)反差系數(shù)：材料的性質(zhì)973.寬容度（L）正確記錄被攝體反差范圍的能力L=lgH2－lgH1印刷片：直線部分的密度大于3.0，則終點選為D=3.0點984.感光度（S）感光材料對光的敏感程度S=K/H負片：S=0.8/HD0+0.1S=1+10lg0.8/HD0+0.1印刷片：S=1/HD0+1.0995.灰霧度（D0）感光材料未經(jīng)曝光，直接顯影加工所得到的影像密度。6.感色性感光材料對不同波長光的敏感特性色盲片：400～500nm正色片：400～600nm全色片：400～700nm100常見激光光源：Ar：488nmF-YAG：532nmHe-Ne：632nmLED：780nmLD：830nmYAG：1064nm紫激光：390～410nm101二.AgX顆粒與照相性能的關(guān)系1.顆粒越大感光度越高Ag4Ag2顯影中心回歸1022.顆粒越均勻反差系數(shù)越高均勻不均勻3Ag0Ag2Ag1AglgHD103三.感光測定定量測量感光材料的照相性能步驟：A.在感光儀中對感光材料曝光B.對感光材料進行沖洗加工C.用密度計測量影像的各級密度D.繪制特性曲線E.計算感光材料的照相性能104㈠基本概念1.光度學基礎(chǔ)⑴光源能夠自行發(fā)光的物體點光源：光源尺寸與輻射距離比，可忽略不計，且向周圍均勻輻射。表示方法：光譜成份色溫

105黑體：在任何溫度下將所輻射的光全部吸收色溫：光源發(fā)出的連續(xù)光譜，其能量分布與絕對黑體在可見光區(qū)域具有相同形狀的能量分布，則黑體的溫度即為光源的色溫。106⑵光通量（F）可見光在單位時間內(nèi)發(fā)出的光能由能量光譜函數(shù)P(λ)和視見函數(shù)φ(λ)決定單位：流明lm光通量：可見光的光能輻射通量：光源發(fā)出的總能量107⑶發(fā)光強度（I）點光源在某一方向單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量I=dF/dΩ單位：坎德拉cd立體角：任意形狀的封閉錐面所包含的空間單位立體角：以錐頂為球心，r為半徑的球，若圓錐在球面上截取的面積為r2，則圓錐體的頂角為單位立體角。108S球=4πr2Ω=4π點光源：F=4πI109⑷照度（E）物體表面被照明的程度E=dF/dS單位：勒克司Lux照度第一定律：E=F/S=4πI/4πr2=I/r2110照度第二定律：E=dF/dSdΩ=dS/r2=dSnCOSθdF=IdΩ=IdSnCOSθE=dF/dSn=(I/r2)COSθNθSnS111⑸亮度光源表面發(fā)出的光通量單位：cd/cm2亮度：光源照度：被照物體1122.曝光量與互易率⑴曝光量H=E×t=I·t/r2單位：Lux·s113⑵互易率lgElgE·t等密度曲線互易率等密度曲線114㈡曝光與感光儀感光儀：給予感光材料一系列有規(guī)律變化曝光量的精密儀器結(jié)構(gòu)：光源快門色溫鏡濾色鏡樣片標準梯尺1151.光源穩(wěn)定、均勻、連續(xù)光譜2.快門精確控制曝光時間3.色溫鏡轉(zhuǎn)換光源色溫，滿足材料需要日光型：5500K燈光型：3200K1164.濾色鏡改變光源強度及光譜成份三原色：選擇性吸收中性灰：非選擇性吸收D=0.3，光強減弱一半1175.標準梯尺給予感光材料一系列有規(guī)律變化的照度連續(xù)密度梯級118常用：梯級21級：0.15、0.30、0.45、……、3.1530級：0.10、0.20、0.30、……、3.00反映曝光量的范圍11921級標準梯尺相鄰兩極透光率的變化

D=lg(1/T)

Dn－Dn-1=lg(1/Tn)－

lg(1/Tn-1)=lg(Tn-1/Tn)=0.15Tn-1/Tn

=1.413Tn-1/Tn+1=1.995120樣片上照度變化

T=F/F0Tn-1/Tn

=Fn-1/FnE=F/SEn-1/En=Fn-1/Fn=Tn-1/Tn

=1.413En-1/En+1=1.995121

曝光量的變化

Hn-1/Hn

=En-1/En=1.413Hn-1/Hn+1=En-1/En+1=1.995H=E×t

考慮光路中所有對光吸收的因素，最終得到達到待測樣片的照度及曝光量。122第四節(jié)感光材料的沖洗加工沖洗加工過程:顯影：將曝光的AgX還原成Ag影像停顯：終止顯影漂白(彩色)：出去Ag影像定影：除去未曝光的AgX水洗：除去定影液干燥：123一.顯影㈠.顯影原理1.顯影原理制備曝光顯影加工感光中心顯影中心影像本質(zhì)：氧化還原反應(yīng)Ag+(hυ)+DRedAg+DOx

1242.顯影機理⑴雙電層結(jié)構(gòu)AgNO3＋KX(過量)AgX＋K+＋NO3-明膠溶液AgXxVΔx125⑵電極理論AgXAgX曝光AgX未曝光AgXDRed126顯影中心處，雙電層薄弱，顯影劑易于突破，將電子傳遞給AgXAgX/AgAg/DRedAg+被還原為Ag，銀微斑擴大，自動催化，加速顯影，直至整個AgX顆粒還原為Ag。增幅率：109~10127㈡顯影方法物理顯影：Ag+來源于顯影液化學顯影：Ag+來源于AgX晶體1.物理顯影本質(zhì)：氧化還原組成：顯影劑、可溶性銀鹽特點：顆粒細膩、層次豐富；顯影液穩(wěn)定性差、難于控制1282.化學顯影本質(zhì)：氧化還原潛影不斷擴大，直至整個AgX顆粒全部被還原為Ag129㈢顯影液的組成組成：顯影劑、保護劑、促進劑、抑制劑1.顯影劑⑴黑白：

米吐爾對苯二酚菲尼酮130A.米吐爾131特點：強顯影能力、誘導期短、反差低、D0小、Br-抑制作用小、T影響小保存性好半醌醌132B.對苯二酚特點：強顯影能力、誘導期長、反差高、D0大、Br-抑制作用大、T影響大保存性差半醌醌133C.菲尼酮134特點：顯影速度快、誘導期適中、反差取決于與對苯二酚的比例、D0大、Br-

抑制作用小、保存性好135顯影體系：M—Q體系、P—Q體系顯影劑超加和性：二種顯影劑混合使用表現(xiàn)出顯影性能比單獨使用更為優(yōu)秀的性能。A.速度超加和性：顯影誘導期不同B.密度超加和性：顯影劑再生136彩色顯影過程：A.氧化還原137B.偶合反應(yīng)Dye1382.保護劑（Na2SO3）防止顯影劑被迅速氧化，提高穩(wěn)定性。A.防止顯影劑迅速氧化139B.防止畫面污染腐植酸C.微粒顯影1403.促進劑（Na2CO3）加速顯影4.抑制劑（KBr）抑制灰霧形成141二.定影1.原理除去未曝光的AgX條件：與AgX中的Ag+形成穩(wěn)定的化合物，溶于水。對于形成的Ag不溶解。1422.定影液的組成定影劑、保護劑、堅膜劑、酸⑴定影劑（Na2S2O3）143⑵堅膜劑加強乳劑機械強度，提高熔點?；衔铮好鞯\、鉻礬⑶酸（HAc）中和顯影液中的堿；保持介質(zhì)的pH值，利于堅膜。144⑷保護劑（Na2SO3）防止定影劑分解145三.反轉(zhuǎn)沖洗加工正—正型黑白感光材料曝光顯影漂白二次曝光二次顯影定影146WBCGYRMBk曝光黑白顯影感藍層感綠層感紅層原稿2.彩色感光材料147AgAgAgAg+YAg+YAg+YAgAg+YAgAg+MAgAgAgAg+MAg+MAg+MAgAg+CAg+CAg+CAgAgAgAg+C二次曝光彩色顯影148漂白定影WBCGYRMBk影像149第四章非銀鹽光化學記錄材料與應(yīng)用材料150第一節(jié)非銀鹽感光材料的發(fā)展1826年瀝青具有光固化特性，成像；1832年重鉻酸鹽具有光敏特性；1839年用于照相；1850年與明膠制成凹版；其后，鐵鹽、銅鹽等無機成像體系用于工程圖紙；151

有機及高分子材料材料的發(fā)展，出現(xiàn)有機及高分子感光材料。1850~1860重氮化合物具有光敏性；1884年重氮影像；1890年重氮感光材料專利；不久，重氮相紙商品化。1921年自由基成像體系；1958年自由基成像感光材料；1521942年印刷線路板發(fā)明，重鉻酸鹽作為光致抗蝕劑；二戰(zhàn)后，電子工業(yè)發(fā)展，推動感光高分子的發(fā)展。1959年聚乙烯醇肉桂酸酯，用于印刷線路板及凸版；1938年靜電照相；1960’微泡成像。153第二節(jié)非銀鹽感光材料的分類一.根據(jù)圖象性質(zhì)1.影像型非銀鹽感光材料通過密度的深淺反映影像層次2.浮雕型非銀鹽感光材料通過物體凹凸不平反映影像層次陽圖：影像密度(高度)與被記錄體一致陰圖：影像密度(高度)與被記錄體相反154二.根據(jù)成像機理1.光化學型感光物質(zhì)見光發(fā)生化學變化⑴無機鹽成像體系利用無機鹽見光發(fā)生化學變化形成影像的材料。鐵鹽、銅鹽、重鉻酸鹽……155⑵光分解成像體系利用重氮化合物見光分解形成影像的材料氯化重氮鹽、苯重氮磺酸鹽、疊氮化合物……⑶光致變色成像體系利用某些無機或有機化合物受光輻射而發(fā)生顏色變化成像的材料。無機物：堿土化合物有機物：丙稀酰胺基偶氮苯及乙烯基單體156⑷有機成色及漂白成像體系利用見光生成有色化合物或原有色化合物顏色消失成像的材料。有機鹵化物與芳香族胺成色反應(yīng)亞甲基藍被還原劑還原成無色化合物單菁被氧化劑氧化成無色化合物……157⑸光交聯(lián)成像體系利用帶有感光基團的高分子化合物相互光致交聯(lián)成浮雕影像的材料。聚乙烯醇肉桂酸酯……⑹光降解成像體系利用高分子經(jīng)光照后主鏈斷裂，使其溶解性變化進行成像的材料。聚甲基乙烯基酮、聚砜……158⑺光聚合成像體系利用單體吸收光后形成自由基引發(fā)聚合形成影像的材料。丙稀酸類……2.光物理型感光材料感光材料見光發(fā)生物理變化電子成像體系：利用物質(zhì)見光由絕緣體變?yōu)閷w進行成像。159三.根據(jù)感光物質(zhì)的種類非銀鹽無機感光材料感光物質(zhì)：無機物無機物產(chǎn)生光化學變化感光無機物與高分子化合物發(fā)生光化學反應(yīng)無機物產(chǎn)生光物理變化1602.非銀鹽有機感光材料感光物質(zhì)：有機物感光性有機物與高分子發(fā)生光化學反應(yīng)有機化合物發(fā)生光致變色反應(yīng)有機化合物發(fā)生光物理變化1613.非銀鹽高分子感光材料感光物質(zhì)：高分子化合物帶有感光基團的高分子化合物光聚合型高分子物質(zhì)光降解高分子物質(zhì)162第三節(jié)非銀鹽感光材料的成像特性一.非銀鹽感光材料的成像特性曲線通常采用感光材料受輻射光量的變化，引起材料不同物理量的變化來表示。光敏物質(zhì)：多樣性表示方法：多樣性163lgH剩余膜厚陰圖型陽圖型感光性高分子材料特性曲線164二.非銀鹽感光材料的感光度感光度成像體系多，成像機理不同，表示各不相同，沒有統(tǒng)一標準。浮雕型：灰梯尺法、剩余膜產(chǎn)率法電阻法、量子感度法、絕對曝光量法165⑴灰梯尺法S＝K感光變化量(R)輻射曝光量(H)對標準樣品材料和待測樣品材料用標準梯尺進行曝光，找出影像存在與否的分界處，讀取分界處有膜的級數(shù)，例：標準試樣為第j級待測試樣為第k級則：Rj＝Rk＝R166S0＝KRj/Hj＝KR/HjS＝KRk/Hk＝KR/Hk則S0/S＝Hk/Hj＝10Dj－Dk167⑵剩余膜產(chǎn)率法曝光前后單位面積感光膜的質(zhì)量比。σ＝W/W0

σt1682.分光感度感光材料的光譜敏感特性。確定材料對光源的適應(yīng)性、反應(yīng)機理。λS169第四節(jié)重鉻酸鹽成像體系感光材料光敏物質(zhì)：重鉻酸鹽一.成像原理利用重鉻酸鹽在光的作用下與某些具有被氧化性的基團發(fā)生氧化還原反應(yīng)170Cr6+具有很強的絡(luò)合性，與膠體中含有孤對電子的N、O形成配位共價鍵，使膠體線性分子變?yōu)榱Ⅲw分子。171兩個過程：氧化還原過程交聯(lián)固化過程172二.感光液組成組成：重鉻酸鹽水溶性有機膠體1.重鉻酸鹽水溶性重鉻酸鹽：(NH4)2Cr2O7

K2Cr2O7……1732.有機膠體特點：具有被氧化性水溶性連續(xù)、柔軟、不吸濕、不發(fā)粘、高透光性、溶解性(溶劑)……種類：天然：明膠、魚膠……阿拉伯樹膠、蟲膠……合成：PVA、PVA+乙酸乙烯酯……174三.感光特性1.分光感度λ：210nm，350nm、440nm200300400500λS1752.感光度⑴重鉻酸鹽的影響種類

(NH4)2Cr2O7

＞(NH4)2CrO4

＞K2Cr2O7

＞Na2Cr2O7濃度CS176⑵膠體的影響PVA＞gel＞魚膠＞樹膠＞蛋白⑶pH值影響

pH＝5.6Smax

1773.暗反應(yīng)Cr3+與膠體交聯(lián)固化，形成影像，即灰霧結(jié)果：S、γ、D0178第四節(jié)非銀鹽有機感光材料一.重氮體系感光材料㈠.重氮化合物的光分解反應(yīng)單純的光分解反應(yīng)不伴有重氮基團分解的光致立體異構(gòu)化反應(yīng)伴有價鍵重排的光分解反應(yīng)1791.單純的光分解反應(yīng)R--NN+Cl-+N2hυ-R-ClR--NN+Cl-R-R-·++X+X-(2)異裂(1)均裂混合物·R-·+CH3CH2OHR-+CH3C·HOHR-++CH3CH2OHR--OCH2CH3hυ180反應(yīng)環(huán)境極性:極性溶劑中，生成離子非極性溶劑中，生成自由基。1812.光致立體異構(gòu)化反應(yīng)穩(wěn)定構(gòu)型不穩(wěn)定構(gòu)型hυN=NN=N暗CNArArCNArSO3Na暗N=NArSO3NaE,反應(yīng)活性N=NArhυhυhυ分解1823.伴有價鍵重排的光分解反應(yīng)在光作用下，重氮化合物除了發(fā)生重氮基分解，還伴隨有其他部分價鍵重排的光化學反應(yīng)。hυH2O+N2O+N2H2O+N2hυhυ183（1）鄰重氮醌極化光敏性hv-N2瓦格納重排茚酮N+ON184對重氮醌極化，光敏性hvπ鍵重新分布雙自由基中間體與不同物質(zhì)反應(yīng)nH-OR聚醚酚酚ON+N185（二）重氮系列感光材料浮雕型重氮感光材料染料影象型重氮感光材料微泡影象型重氮感光材料1861.浮雕型重氮感光材料原理：利用重氮化合物的光化產(chǎn)物與反應(yīng)物的溶解性不同，成像，即用適當?shù)娜芤喝芙饽骋徊糠指泄馔繉?，就得到浮雕影象。?gòu)成：感光涂層（重氮鹽+水溶性高分子；鄰重氮醌類+堿溶高分子）1.1重氮鹽與水溶性高分子——單純光分解型重氮鹽hv-N2+2-CH2-C-OH+2H+187缺點：熱不穩(wěn)定，保存性差改進方法：加入多聚甲醛，或生成復鹽或者硫酸鹽n+nHCHOnN=2-31881.2鄰重氮醌類與堿溶性高分子——保存性好+nhv-N2-N2NaOHNaOHn189未見光部分，偶合以后，水溶性降低，保留下來（使用適當?shù)膲A）n+NaOHn感光液組成：重氮化合物，樹脂，溶劑顯影液組成：弱堿液，硅酸鈉、磷酸鈉、碳酸鈉、有機胺/有機溶劑，表面活性劑應(yīng)用：PS版，印刷平板1902染料影象型材料2.1成像原理利用未發(fā)生光分解的重氮鹽與偶合試劑在堿性條件下生成偶氮染料。hv+N2++OH_雙電子親電歷程2.2材料及性能要求1生成的偶氮染料耐酸、水、光；2偶合速度適當；3染料影象密度高，色調(diào)好；4偶合劑和重氮鹽的光分解產(chǎn)物無色，保存性好191重氮化合物：對苯二胺及其衍生物偶合試劑：芳香族酚類化合物1922.3提高影象材料穩(wěn)定性方法（1）選擇穩(wěn)定性高的原材料——重氮鹽和偶合劑（2）偶合劑放到顯影液：感光液中只有重氮鹽，單組分材料-半濕法加工感光液中有重氮鹽和偶合試劑，雙組分材料-干法加工其他：使用抗氧化劑；例如硫脲，防止偶合劑和偶氮染料氧化，出現(xiàn)背景色或者染料褪色降低感光涂層的pH值1932.4顯影方法與機理（1）干法顯影用蒸汽熏或者加熱顯影的方式：氨氣/胺(銨)鹽。適用于雙組分材料。（2）濕法/半濕法顯影含有偶合劑的顯影液。適用于單組分材料。1942.3陰圖染料影象的形成（1）自動偶合法ArN2X+-hvH2OAr-OH+N2+HXAr-OHArN2X+-+NH3Ar-N=N-Ar-OH+NH4X控制曝光量，使同一區(qū)域只有部分重氮鹽分解，并與剩余重氮鹽偶合。195（2）重氮磺酸鹽法機理：利用重氮鹽光致異構(gòu)化反應(yīng)，控制兩個競爭反應(yīng)實現(xiàn)材料構(gòu)成涂層含重氮磺酸鹽和偶合劑N=NN=NhνSO3NaArArSO3NahνArN2+SO3Na-hνSO3Na-Ar’-OHOH-ArN2+醛196實現(xiàn)影象條件：反應(yīng)（2）＞＞（1），否則染料濃度很低措施：堿性環(huán)境醛吃掉SO3Na，減少ArN2+消耗分解產(chǎn)物染料影象ArN2+hνSO3Na-OH-Ar’-OHArSO3NaAr-N=N-Ar’（2）（1）1973微泡影象型重氮感光材料微泡影像：利用微小氣泡對光的散射作用引起密度變化而形成的影象，稱為微泡影像。氣泡直徑

0.5-2μm。成像過程：ArN2X+-hνArCl+N2加熱放置全面曝光放置全面曝光加熱陰圖陽圖內(nèi)應(yīng)力潛影材料組成：光敏重氮鹽、熱塑性樹脂198ABABABABABABABABABABABABABABArN2X+-hν熱塑性樹脂概念：在不同溫度，物理性能發(fā)生變化。高溫塑性，低溫剛性，以玻璃化溫度為界。熱狀態(tài)下受到外力作用，分子晶型發(fā)生變化，再結(jié)晶或者重新取向，可以通過模塑加工重新定型，降溫以后保持模具形態(tài)。樹脂特性：氣密性、透氣性199透明基材透射光微泡——“B”無微泡——“W”反射光(襯黑紙)微泡——W無微泡——B影像性質(zhì)：200二疊氮系列感光材料以芳香族疊氮化合物作為感光物質(zhì)的感光材料，稱為疊氮感光材料。ArN3

ArN3ArN+ArNhυN2：．．201(1)氮烯的偶合反應(yīng)2ArN.ArN=NAr2ArN:ArN=NAr高濃度(2)氮烯的插入反應(yīng)單線態(tài)ArN：+H-C-Ar-N-C-ArN：+H-OAr-N-O-ArN：+H-NAr-N-N-202(3)奪（烴）氫反應(yīng)——三線態(tài)—OH、—NH203(4)加成反應(yīng)——單、三線態(tài)重排利用芳香族疊氮化合物光化產(chǎn)物的插入、奪加成與鍵合等，可以實現(xiàn)高分子固化，從而形成陰圖浮雕影像材料構(gòu)成：雙疊氮化合物+能與氮烯鍵合的高分子材料樹脂分類：水溶性、有機溶劑型、堿溶性204四感光性高分子材料結(jié)構(gòu)：高分子材料+光敏性基團分類聚合物分子量某些基團變化——極性大的基團降低極性，水溶性分子量增加——交聯(lián)，分子量溶解性分子量降低——降解，主鏈斷裂，溶解性205（一）光交聯(lián)型高分子感光材料在光的作用下，能夠發(fā)生分子鏈之間的交聯(lián)反應(yīng)而使分子量加大的高分子化合物稱為光交聯(lián)型感光高分子材料。感光基團：不飽和基團聚合物（線性）交聯(lián)（立體網(wǎng)狀）hv聚乙烯醇肉桂酸酯206（二）光降解型感光高分子材料聚合物光降解：聚合物在光作用下，主鏈斷裂，分子量降低。無規(guī)降解：不規(guī)則斷裂，生成自由基，變成組成和結(jié)構(gòu)各異的小分子解聚：聚合物全部分解成組成和結(jié)構(gòu)相同的小分子。典型的光降解型感光高分子聚甲基乙烯基酮、聚乙烯基苯基酮感光基團羰基類聚砜類207（三）重氮、疊氮基高分子感光材料以重氮、疊氮基為感光基團的感光高分子

重氮、疊氮基在高分子鏈上，更容易見光分解，生成的活性中間體進一步反應(yīng)使得產(chǎn)物與原來溶解性有明顯變化，以此成像。208五光聚合型感光材料某些烯類化合物，光聚合以后，生成長鏈化合物，溶解性、粘度、黏附力、光散射性發(fā)生變化，由此成像。聚合物：線形——單體只有一個光聚合官能團體形——單體有兩個以上官能團209（一）烯類單體的光聚合反應(yīng)反應(yīng)歷程：鏈引發(fā)，鏈增長，鏈終止光直接引發(fā)自由基加成聚合反應(yīng)活性單體特征：H2C=CX1X2X是帶有鍵的吸電子基團210鏈引發(fā)：MM?h鏈增長：M?+MM2?M2?+MM3?…..Mn-1?+MMn?鏈終止Mn?+HMm

?Mm

?HR

Mm

-MnMm+HMnHMn+R211光敏引發(fā)劑引發(fā)的聚合反應(yīng)引發(fā)劑吸收光，成為活性中間體，再引發(fā)單體成為自由基，發(fā)生聚合反應(yīng)II*R1?+R2

?R?+MRM?hv光敏引發(fā)劑：加速反應(yīng)，降低光能要求。212多官能團烯類單體的光聚合反應(yīng)

含有兩個或兩個以上具有聚合活性的不飽和雙鍵的烯類單體，稱為雙官能團烯類單體。聚合物：網(wǎng)狀影響光聚合反應(yīng)的主要因素引發(fā)劑的結(jié)構(gòu)和用量-鏈引發(fā)單體濃度阻聚劑氧氣213（二）光聚合感光材料的組成光聚合單體、成膜劑、引發(fā)劑光聚合單體：烯類化合物單官能團小分子含有多官能團取代基的烯類成膜劑：預聚物環(huán)氧樹脂；不飽和樹脂；聚氨酯；聚乙烯醇等光引發(fā)劑：低能產(chǎn)生自由基214第五章靜電照相215第一節(jié)靜電照相技術(shù)的基礎(chǔ)一.靜電照相發(fā)展歷程

目的:提供一個能復制所有辦公室文件的簡單的，便宜的復印設(shè)備。

1937年準備時期(Carlson)(1)利用光導性選擇性地對帶電表面進行放電,生成靜電潛影,(2)利用帶電色粉處理靜電潛影,實現(xiàn)顯影。216

1938年

CarlsonProcess的提出(Carlson)1939年申請專利(Carlson)1942年

專利獲批準1944～1946年得到支持和資助(1)BatlelleMemorialInstitute

(2)Haloid公司

(3)美國軍隊

2171948年CarlsonProcess的公開

由Batlelle和Haloid在美國光學年會上發(fā)表并作了演示,

Xerography”一詞的誕生。

1959年

第一臺復印機的誕生由Haloid公司(后來的Xerox公司)推出(Model-914)914英寸幅面,7cpm。

2181960’

開發(fā)研究的黎明

主要參加公司:Xerox,EastmanKodak,IBM和RCA等等

1970～80’成熟期

(1)光導體的多樣化:Se,CdS,ZnO,a-Si,OPC(2)高速化,彩色化

(3)數(shù)字化

1990’全面發(fā)展及應(yīng)用

219二.成像原理

光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)電其它信息載體

(1)光導電(2)光電子220hυ電子空穴導帶價帶禁帶真空能級hυ≥EgE光電過程221hυ電子空穴功函數(shù)hυ≥功函數(shù)E真空能級光電子過程222=(n--+n++)E

：導電率n：載流子密度

：移動度E：電場強度

223三.典型的靜電照相過程1.靜電潛影型(CarlsonProcess)hυ高壓靜電潛影顯影處理2242.持續(xù)導電型高壓hυ導體充電顯影2253.持續(xù)內(nèi)部分極型

高壓電子空穴hυ顯影2264.靜電潛影轉(zhuǎn)移型hυ高壓高壓顯影2275.光電泳法介電液體透明電極光導顏料接受介質(zhì)電極hυ曝光/電泳2286.粒子移動法光導粒子熱塑性樹脂高壓2297.熱顯影法

高壓光導體熱塑性樹脂曝光加熱hυ2308.BerchtoldProcess

陰圖原稿透明電極光導體陣列電極電敏記錄紙電極電源燈

光子光導體光電流光電流+染料前驅(qū)體(電敏記錄紙)染料

無色

有色

2319.SmokePrinter

高壓電源透明電極光導體紙網(wǎng)狀電極霧狀油墨噴頭投影儀23210.GeneralDynamics’sProcess

原稿透明電極光導體分散在絕緣介質(zhì)中的粉末

半導體金屬芯23311.PhotoconductiveThermography

電源電極熱敏記錄紙光導體透明電極原稿

光子光導體光電流熱熱+染料前驅(qū)體(熱敏記錄紙)染料無色有色234四.應(yīng)用領(lǐng)域1.復印機(1)模擬式/數(shù)字式,(2)黑白/彩色競爭對手：無2352.激光印字機

網(wǎng)絡(luò)計算機激光印字機硬拷貝競爭對手：噴墨打印機

2363.數(shù)字式印刷機

競爭對手：噴墨打印數(shù)字式印刷機

網(wǎng)絡(luò)DTP數(shù)字式印刷機印刷品2374.數(shù)字式彩色打樣

DTP印版印刷數(shù)字式彩色打樣機彩色樣張競爭對手：染料熱升華、熱蠟轉(zhuǎn)移、噴墨打印

2385.直接制版高壓光源親油親水充電曝光顯影溶出定影競爭對手：銀鹽版材、光聚合版材、熱敏版材

239第二節(jié)靜電照相的成像過程一.成像過程1.成像過程充電曝光顯影轉(zhuǎn)移定影清版2402.特性曲線1/2V0tVVSV0t1/2Vr充電暗衰光衰Vs：(表面)飽和電壓

t1/2：半衰曝光時間

半衰曝光量H1/2=I0t1/2(I0：光強)

感光度S=1/H1/2Vr：殘余電位

2413.特點

光導成像原理(光物理)干式成像過程(Xerography/Electrophotography)

高成像速度(0.4秒)成像介質(zhì)可以重復使用242

高感光度增幅效應(yīng)：能量增幅+可視化增幅107最低成像曝光量：1J/cm2量級可實現(xiàn)明室操作分辨力由色粉的粒徑所決定干式：78m(

600dpi)濕式：1m(

4800dpi)2433.檢測系統(tǒng)高壓電源表面電位儀記錄系統(tǒng)樣品臺樣品光源快門計算機控制電機244二.充電高壓光導體245VVSiiSiLiS246V大于臨界電壓，空氣產(chǎn)生電離H3+O、O3-，沉積于光導體表面表面電壓：正比于沉積Q數(shù)量當沉積Q=泄漏Q，則VS=Constant（Max）247三.暗衰減熱激發(fā)表面注入界面注入VS理想實際t248四.光衰減1.曝光模式平面曝光249狹縫曝光250點光源掃描線陣列LED聚焦鏡陣列發(fā)光二極管激光掃描激光器調(diào)制器多棱鏡2512.光衰減的基本過程hυ252VSt暗衰減光衰減殘余電位Vr253載流子產(chǎn)生效率

電場電場

光子+光導體空穴·電子空穴+電子靜電潛影

庫侖作用力

254a.光子有效的被吸收,生成載流子對

與光導體的基本物性有關(guān)b.載流子對的有效分離,生成自由載流子

電場強度越高,越有利于載流子對的分離c.防止自由載流子的再結(jié)合:電子+空穴熱能

電場強度越高,再結(jié)合的概率就越小255載流子高速有效移動a.要求載流子有盡可能高的移動度()

與光導體的基本物性有關(guān)b.要求載流子有盡可能高的移動速度和壽命

低陷阱密度

高電場強度(移動速度=移動度×電場強度)

256能量陷阱與捕獲/再結(jié)合中心: