專利名稱：一種多階光存儲介質(zhì)及其制備方法與專用生產(chǎn)原料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信息存儲介質(zhì)及其制備方法與專用生產(chǎn)原料，特別是涉及一種多階光存儲膜片和光盤及其制備方法與專用生產(chǎn)原料。
背景技術(shù)：
多階光信息存儲是提高存儲密度和存儲容量的有效途徑之一。所謂多階，就是指在同一個記錄單位的面積上可以記錄多于1位(2階)的信息。在采用同樣波長的半導(dǎo)體激光器、同樣數(shù)值孔徑物鏡和同樣特性的記錄介質(zhì)的前提下，如果多階存儲在同樣大小的記錄單位上可以記錄n階的信息，那么最后的總存儲容量大致可以按以下公式計算C＝log2n·Cn其中Cn是采用普通記錄方式時存儲總?cè)萘浚珻是采用n階記錄方式下的存儲總?cè)萘俊?br> 多階光存儲膜片和光盤與相應(yīng)的激光器匹配，可以完成高質(zhì)量的信息存儲。對于多階光存儲技術(shù)來說，存儲材料是關(guān)鍵。用于多階存儲的材料除需具有與相應(yīng)激光器波長匹配的吸收波長范圍外，還需具備較高的分辨率、靈敏度、穩(wěn)定性及在光電作用下呈階躍變化特性。由于二芳烯乙烯類光致變色分子不僅有良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性、顯著的抗疲勞性、高的環(huán)化量子產(chǎn)率和靈敏度等優(yōu)點，而且其兩種異構(gòu)體的比例還能在吸收不同光能的情況下呈現(xiàn)灰階特性，不失為一種理想的多階光信息存儲材料。
發(fā)明創(chuàng)造內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)多階光存儲材料-膜片和光盤的原料。
本發(fā)明提供的原料為二芳基乙烯類化合物，具有通式(I)的結(jié)構(gòu) 通式(I)
其中R為如下一些基團-CHO、 -N(CH3)2、-OCH2CH3、 等這類分子的主要特點是具有較高環(huán)化量子產(chǎn)率和摩爾消光系數(shù)，而且吸收波長正好分別與波長為650(780、532、405)nm的激光器匹配。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制備通式(I)化合物的方法。
為實現(xiàn)這一目的，采用以下技術(shù)方案將2-取代基-4-甲基噻吩溶于無水乙醚中，在N2保護下，冷卻至約0℃，滴加n-BuLi；然后回流1小時，再冷卻至0℃，加入0.5當(dāng)量的全氟環(huán)戊烯，繼續(xù)反應(yīng)1小時，加入稀鹽酸中止反應(yīng)得到產(chǎn)品。
具體合成方法可參見相關(guān)專利申請02100500.1和02100681.4。
本發(fā)明的第三個目的是提供用于多階光存儲的介質(zhì)及其制備方法。
本發(fā)明所提供的多階光存儲的介質(zhì)可以是非晶態(tài)膜片和光盤兩種形式，當(dāng)該介質(zhì)是非晶態(tài)膜片時，它由玻璃基片和涂敷在所述基片上的光存儲材料組成，所述光存儲材料為通式(I)化合物和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的混合物。
所述通式(I)化合物和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的重量份數(shù)比為1∶5-1∶1。
制備該多階光存儲非晶態(tài)膜片的方法，是將聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)超聲溶解于有機溶劑中，再將通式(I)化合物混合到該溶液中，經(jīng)超聲處理使之成為均相膠液，所述通式(I)化合物和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的重量份數(shù)比為1∶5-1∶1；將得到的均相膠液采用旋涂法在透明玻璃片基上形成薄膜。所述有機溶劑優(yōu)選為三氯甲烷；所述涂敷是將玻璃基片置于勻膠機上，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為800rpm，向基片中心注入0.1mL所述均相膠液，然后將轉(zhuǎn)速提高至3000rpm，經(jīng)50秒后，膜上溶劑全部揮發(fā)，獲得厚度約為1～3μm的均勻薄膜。
當(dāng)多階光存儲的介質(zhì)是光盤時，它由CD空白盤基片和涂敷在所述基片上的光存儲材料組成，所述光存儲材料為通式(I)化合物。
制備該多階光存儲光盤的方法是將通式(I)化合物置于石英管中，采用真空蒸鍍法在鍍有Al反射層的CD空白盤上鍍敷厚度約為0.1μm的均勻薄膜。
本發(fā)明通過旋涂法或真空蒸鍍法制備具有良好幾何光學(xué)特性的較薄膜片或真實光盤，盤片如圖1所示；以此膜片或真實光盤作為記錄介質(zhì)，利用二芳烯分子的光致變色特性進行多波長光存儲，實現(xiàn)了用一種波長激光實現(xiàn)多個記錄的讀寫，將同一地址光存儲向多維進行了擴展，通過控制記錄層的厚度總和在焦深之內(nèi)實現(xiàn)了對多個記錄層的統(tǒng)一尋址。三波長光存儲的實驗裝置如圖2所示半導(dǎo)體激光器1發(fā)出的波長為650nm的寫入激光，首先經(jīng)過準(zhǔn)直鏡2準(zhǔn)直成平行光束；然后，通過偏振分光鏡(PBS)3、1/4波片4，進入合光/分光棱鏡7；激光經(jīng)過合光/分光棱鏡7后，耦合成一束平行光束；耦合的平行光束經(jīng)反射棱鏡8和消色差物鏡9聚焦在盤片10的記錄層上的一點；通過控制聚焦伺服系統(tǒng)的移動和寫入時間進行多階光信息存儲。
本發(fā)明創(chuàng)造性地利用二芳基乙烯類光子型記錄材料作為多階存儲介質(zhì)，并在非晶態(tài)膜片上成功實現(xiàn)了8階光信息存儲和在光盤上進行了4階存儲，具有重要的理論及應(yīng)用價值。


圖1為光盤樣片結(jié)構(gòu)示意2為多階光存儲的實驗裝置示意3為化合物1a在PMMA薄膜中紫外光照射前后的吸收光譜4為化合物2a在PMMA薄膜中紫外光照射前后的吸收光譜5為化合物3a在PMMA薄膜中紫外光照射前后的吸收光譜6為化合物4a在PMMA薄膜中紫外光照射前后的吸收光譜7為化合物1a在PMMA薄膜的8階存儲信號圖8為化合物2a在PMMA薄膜的8階存儲信號圖9為化合物3a在PMMA薄膜的8階存儲信號圖10為化合物4a在PMMA薄膜的4階存儲信號具體實施方式
實施例1、1，2-雙(2-甲基-5-(4-醛基)苯基-噻吩-3-基)全氟環(huán)戊烯在多階光存儲中的應(yīng)用。
在通式(I)中，當(dāng)R為-CHO基時，即構(gòu)成光致變色化合物1a，其名稱為1，2-雙(2-甲基-5-(4-醛基)苯基-噻吩-3-基)全氟環(huán)戊烯(1a)，結(jié)構(gòu)式如下 利用化合物1a制備全息光存儲非晶態(tài)膜片的方法為稱取100mg聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)超聲溶解于1mL三氯甲烷中，稱取20mg化合物1a混合到該溶液中，經(jīng)超聲處理成為均相膠液，后者采用旋涂法在透明玻璃片基上形成薄膜。旋涂在KW-4型臺式勻膠機上進行。將玻璃基片置于勻膠機上，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為800rpm，向基片中心注入0.1mL上述均相膠液，然后將轉(zhuǎn)速迅速提高至3000rpm，滴在基片中心的膠液在離心力的作用下被展成薄膜，多余的膠液將從基片邊緣甩出，經(jīng)50s后，膜上溶劑全部揮發(fā)，獲得厚度約為1～3μm的均勻薄膜。
將膜片置于波長為365nm的紫外光下充分發(fā)色，結(jié)果如圖3所示，圖中橫坐標(biāo)是波長(nm)，縱坐標(biāo)是吸光度，Uv表示紫外光，Vis表示可見光。表明在波長為365nm的紫外光充分輻照下，膜層由無色的開環(huán)態(tài)立即發(fā)生閉環(huán)反應(yīng)變?yōu)樯钏{(lán)色的閉環(huán)態(tài)，并在可見光區(qū)域出現(xiàn)一個很寬的疊加吸收光譜峰，其光譜吸收范圍為450nm～750nm，最大吸收為614nm；在可見光(λ＞500nm)的照射下，有色膜層又可以發(fā)生開環(huán)反應(yīng)返回到無色的開環(huán)態(tài)。實驗表明，這種閉環(huán)/開環(huán)可以至少重復(fù)50次以上而其最大吸收波長處的吸光度沒有明顯變化，而且該記錄介質(zhì)對650nm激光可敏感吸收。因此，用這種二芳烯光致變色化合物在按適當(dāng)工藝制成膜片，就可以與波長為650nm激光器很好匹配，從而進行多階光信息存儲。然后選用波長為650nm激光器進行8階光存儲。其存儲過程是半導(dǎo)體激光器1發(fā)出的波長為650nm的寫入激光，首先經(jīng)過準(zhǔn)直鏡2準(zhǔn)直成平行光束；然后，通過偏振分光鏡(PBS)3、1/4波片4，進入合光/分光棱鏡7；激光經(jīng)過合光/分光棱鏡7后，耦合成一束平行光束；耦合的平行光束經(jīng)反射棱鏡8和消色差物鏡9聚焦在盤片10的記錄層上的一點；通過控制聚焦伺服系統(tǒng)的移動和寫入時間進行8階光信息存儲，其存儲結(jié)果如圖7所示，圖中橫坐標(biāo)是時間(s)，縱坐標(biāo)是電壓(v)。寫讀條件和結(jié)果如表1所示。
表1、多階光存儲寫讀條件

從圖7中可以看出，得到的圖像具有很高的分辨率，同時該膜片可以重復(fù)使用。
實施例2、1，2-雙(2-甲基-5-(4-(2-(1，3-二氧戊環(huán)基))苯基)-噻吩-3-基)全氟環(huán)戊烯在多階光存儲中的應(yīng)用。
在通式中，當(dāng)R為2-(1，3-二氧戊環(huán))基時，即構(gòu)成光致變色化合物2a，其名稱為1，2-雙(2-甲基-5-(4-(2-(1，3-二氧戊環(huán)基))苯基)-噻吩-3-基)全氟環(huán)戊烯(2a)，結(jié)構(gòu)式如下 利用化合物2a制備全息光存儲非晶態(tài)膜片的方法為稱取100mg聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)超聲溶解于1mL三氯甲烷中，稱取20mg化合物2a混合到該溶液中，經(jīng)超聲處理成為均相膠液，按照實例1中方法制備厚度約為1～3μm的均勻薄膜。
將膜片置于波長為365nm的紫外光下充分發(fā)色，結(jié)果如圖4所示，圖中橫坐標(biāo)是波長(nm)，縱坐標(biāo)是吸光度，Uv表示紫外光，Vis表示可見光。表明在波長為365nm的紫外光充分輻照下，膜層由無色的開環(huán)態(tài)立即發(fā)生閉環(huán)反應(yīng)變?yōu)樯钏{(lán)色的閉環(huán)態(tài)，并在可見光區(qū)域出現(xiàn)一個很寬的疊加吸收光譜峰，其光譜吸收范圍為450nm～750nm，最大吸收為606nm；在可見光(λ＞500nm)的照射下，有色膜層又可以發(fā)生開環(huán)反應(yīng)返回到無色的開環(huán)態(tài)。實驗表明，這種閉環(huán)/開環(huán)可以至少重復(fù)50次以上而其最大吸收波長處的吸光度沒有明顯變化，而且該記錄介質(zhì)對650nm激光可敏感吸收。因此，用這種二芳烯光致變色化合物在按適當(dāng)工藝制成膜片，就可以與波長為650nm激光器很好匹配，從而進行多階光信息存儲。然后選用波長為650nm激光器進行8階光存儲。其存儲過程是半導(dǎo)體激光器1發(fā)出的波長為650nm的寫入激光，首先經(jīng)過準(zhǔn)直鏡2準(zhǔn)直成平行光束；然后，通過偏振分光鏡(PBS)3、1/4波片4，進入合光/分光棱鏡7；激光經(jīng)過合光/分光棱鏡7后，耦合成一束平行光束；耦合的平行光束經(jīng)反射棱鏡8和消色差物鏡9聚焦在盤片10的記錄層上的一點；通過控制聚焦伺服系統(tǒng)的移動和寫入時間進行8階光信息存儲，其存儲結(jié)果如圖8所示，圖中橫坐標(biāo)是時間(s)，縱坐標(biāo)是電壓(v)。寫讀條件和結(jié)果如表2所示表2、多階光存儲寫讀條件

實施例3、(1-(2-甲基-5-(4-(2-1，3-二氧戊環(huán)基)苯基)，2-(2-甲基-5-(4-醛基)苯基))-噻吩-3-基)全氟環(huán)戊烯在多階光存儲中的應(yīng)用。
在通式中，當(dāng)兩側(cè)的R分別為2-(1，3-二氧戊環(huán)基)和甲醛基時，即構(gòu)成光致變色化合物3a，其名稱為(1-(2-甲基-5-(4-(2-1，3-二氧戊環(huán)基)苯基)，2-(2-甲基-5-(4-醛基)苯基))-噻吩-3-基)全氟環(huán)戊烯(3a)，結(jié)構(gòu)式如下

稱取100mg聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)超聲溶解于1mL三氯甲烷中，稱取20mg化合物3a混合到該溶液中，經(jīng)超聲處理成為均相膠液，按照實例1中方法制備厚度約為1～3μm的均勻薄膜。
利用化合物3a制備全息光存儲非晶態(tài)膜片的方法為將膜片置于波長為365nm的紫外光下充分發(fā)色，結(jié)果如圖5所示，圖中橫坐標(biāo)是波長(nm)，縱坐標(biāo)是吸光度，Uv表示紫外光，Vis表示可見光。表明在波長為365nm的紫外光充分輻照下，膜層由無色的開環(huán)態(tài)立即發(fā)生閉環(huán)反應(yīng)變?yōu)樯钏{(lán)色的閉環(huán)態(tài)，并在可見光區(qū)域出現(xiàn)一個很寬的疊加吸收光譜峰，其光譜吸收范圍為500nm～700nm，最大吸收為620nm；在可見光(λ＞550nm)的照射下，有色膜層又可以發(fā)生開環(huán)反應(yīng)返回到無色的開環(huán)態(tài)。實驗表明，這種閉環(huán)/開環(huán)可以至少重復(fù)50次以上而其最大吸收波長處的吸光度沒有明顯變化，而且該記錄介質(zhì)對650nm激光可敏感吸收。因此，用這種二芳烯光致變色化合物在按適當(dāng)工藝制成膜片，就可以與波長為650nm激光器很好匹配，從而進行多階光信息存儲。然后選用波長為650nm激光器進行8階光存儲。其存儲過程是半導(dǎo)體激光器1發(fā)出的波長為650nm的寫入激光，首先經(jīng)過準(zhǔn)直鏡2準(zhǔn)直成平行光束；然后，通過偏振分光鏡(PBS)3、1/4波片4，進入合光/分光棱鏡7；激光經(jīng)過合光/分光棱鏡7后，耦合成一束平行光束；耦合的平行光束經(jīng)反射棱鏡8和消色差物鏡9聚焦在盤片10的記錄層上的一點；通過控制聚焦伺服系統(tǒng)的移動和寫入時間進行8階光信息存儲，其存儲結(jié)果如圖9所示，圖中橫坐標(biāo)是時間(s)，縱坐標(biāo)是電壓(v)。寫讀條件和結(jié)果如表3所示表3、多階光存儲寫讀條件

實施例41，2-雙(2-甲基-5-(4-(2-1，3-二氧戊環(huán)基)苯基)-噻吩-3-基)全氟環(huán)戊烯(4a)在多階光存儲中的應(yīng)用。
在通式中，當(dāng)R為N，N-二甲基時，即構(gòu)成光致變色化合物4a，其名稱為1，2-雙(2-甲基-5-(4-N，N-二甲基)苯基-噻吩-3-基)全氟環(huán)戊烯(4a)，結(jié)構(gòu)式如下

利用化合物4a制備全息光存儲光盤的方法為稱取50mg化合物4a于石英管中，采用真空蒸鍍法在鍍有Al反射層的普通CD空白盤上制備厚度約為0.1μm的均勻薄膜。
將膜片置于波長為365nm的紫外光下充分發(fā)色，結(jié)果如圖6所示，圖中橫坐標(biāo)是波長(nm)，縱坐標(biāo)是吸光度，Uv表示紫外光，Vis表示可見光。表明在波長為365nm的紫外光照射下，膜層由無色的開環(huán)態(tài)立即發(fā)生閉環(huán)反應(yīng)變?yōu)樗{(lán)色的閉環(huán)態(tài)，其最大吸收為646nm；在可見光(λ＞550nm)的照射下，籃色膜層又可以發(fā)生開環(huán)反應(yīng)返回到無色的開環(huán)態(tài)。實驗表明，這種閉環(huán)/開環(huán)可以至少重復(fù)50次以上而其最大吸收波長處的吸光度沒有明顯變化。因此，該化合物可以用650nm激光器進行重復(fù)寫入和讀出信號，即可用作多階光信息存儲介質(zhì)。然后選用波長為650nm激光器進行8階光存儲。其存儲過程是半導(dǎo)體激光器1發(fā)出的波長為650nm的寫入激光，首先經(jīng)過準(zhǔn)直鏡2準(zhǔn)直成平行光束；然后，通過偏振分光鏡(PBS)3、1/4波片4，進入合光/分光棱鏡7；激光經(jīng)過合光/分光棱鏡7后，耦合成一束平行光束；耦合的平行光束經(jīng)反射棱鏡8和消色差物鏡9聚焦在盤片10的記錄層上的一點；通過控制聚焦伺服系統(tǒng)的移動和寫入時間進行4階光信息存儲，其存儲結(jié)果如圖10所示，圖中橫坐標(biāo)是時間(s)，縱坐標(biāo)是電壓(v)。寫讀條件和結(jié)果如表4所示表4、多階光存儲寫讀條件

權(quán)利要求
1.通式(I)化合物 其中R選自如下基團-CHO-、 -N(CH3)2、-OCH2CH3、
2.一種制備權(quán)利要求1所述化合物的方法將2-取代基-4-甲基噻吩溶于無水乙醚中，在N2保護下，冷卻至約0℃，滴加n-BuLi；然后回流1小時，再冷卻至0℃，加入0.5當(dāng)量的全氟環(huán)戊烯，繼續(xù)反應(yīng)1小時，加入稀鹽酸中止反應(yīng)得到產(chǎn)品。
3.一種用于多階光存儲的介質(zhì)，是由玻璃基片和涂敷在所述基片上的光存儲材料組成的非晶態(tài)膜片，其特征在于所述光存儲材料為通式(I)化合物和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的介質(zhì)，其特征在于所述通式(I)化合物和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的重量份數(shù)比為1∶5-1∶1。
5.一種制備權(quán)利要求3所述多階光存儲介質(zhì)的方法，是將聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)超聲溶解于有機溶劑中，再將通式(I)化合物混合到該溶液中，經(jīng)超聲處理使之成為均相膠液，所述通式(I)化合物和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的重量份數(shù)比為1∶5-1∶1；將得到的均相膠液采用旋涂法在透明玻璃片基上形成薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述有機溶劑為三氯甲烷；所述涂敷是將玻璃基片置于勻膠機上，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為800rpm，向基片中心注入0.1mL所述均相膠液，然后將轉(zhuǎn)速提高至3000rpm，經(jīng)50秒后，膜上溶劑全部揮發(fā)，獲得厚度約為1～3μm的均勻薄膜。
7.一種用于多階光存儲的介質(zhì)，是由CD空白盤基片和涂敷在所述基片上的光存儲材料組成的光盤，其特征在于所述光存儲材料為通式(I)化合物。
8.一種制備權(quán)利要求7所述多階光存儲介質(zhì)的方法是將通式(I)化合物置于石英管中，采用真空蒸鍍法在鍍有Al反射層的CD空白盤上鍍敷厚度約為0.1μm的均勻薄膜。
9.權(quán)利要求3所述的多階光存儲的介質(zhì)在多階光存儲中的應(yīng)用。
10.權(quán)利要求7所述的多階光存儲的介質(zhì)在多階光存儲中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多階光存儲介質(zhì)及其制備方法與專用生產(chǎn)原料。一種用于多階光存儲的介質(zhì)，可以是非晶態(tài)膜片，也可以是光盤。本發(fā)明首次利用二芳基乙烯類光子型記錄材料作為多階存儲介質(zhì)，并在非晶態(tài)膜片上成功實現(xiàn)了8階光信息存儲和在光盤上進行了4階存儲。其中R為如上一些基團。
文檔編號G11B7/24GK1517346SQ0310055
公開日2004年8月4日 申請日期2003年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月17日
發(fā)明者張復(fù)實, 蒲守智, 劉學(xué)東, 周新紅, 趙福群 申請人:清華大學(xué)