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?，C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當量的全氟環(huán)戊烯，繼續(xù)反應1小時，加入稀鹽酸中止反應得到產(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所示半導體激光器1發(fā)出的波長為650nm的寫入激光，首先經(jīng)過準直鏡2準直成平行光束；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用。
在通式(I)中，當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，圖中橫坐標是波長(nm)，縱坐標是吸光度，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)反應變?yōu)樯钏{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。其存儲過程是半導體激光器1發(fā)出的波長為650nm的寫入激光，首先經(jīng)過準直鏡2準直成平行光束；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，圖中橫坐標是時間(s)，縱坐標是電壓(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用。
在通式中，當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，圖中橫坐標是波長(nm)，縱坐標是吸光度，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)反應變?yōu)樯钏{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。其存儲過程是半導體激光器1發(fā)出的波長為650nm的寫入激光，首先經(jīng)過準直鏡2準直成平行光束；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，圖中橫坐標是時間(s)，縱坐標是電壓(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用。
在通式中，當兩側(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，圖中橫坐標是波長(nm)，縱坐標是吸光度，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)反應變?yōu)樯钏{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。其存儲過程是半導體激光器1發(fā)出的波長為650nm的寫入激光，首先經(jīng)過準直鏡2準直成平行光束；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，圖中橫坐標是時間(s)，縱坐標是電壓(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用。
在通式中，當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，圖中橫坐標是波長(nm)，縱坐標是吸光度，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)反應變?yōu)樗{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。其存儲過程是半導體激光器1發(fā)出的波長為650nm的寫入激光，首先經(jīng)過準直鏡2準直成平行光束；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，圖中橫坐標是時間(s)，縱坐標是電壓(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當量的全氟環(huán)戊烯，繼續(xù)反應1小時，加入稀鹽酸中止反應得到產(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)明者張復實, 蒲守智, 劉學東, 周新紅, 趙福群 申請人:清華大學