專利名稱：一種用于可擦重寫短波長光存儲(chǔ)的薄膜材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光存儲(chǔ)材料與光盤技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于可擦重寫短波長光存儲(chǔ)薄膜材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
光存儲(chǔ)技術(shù)已經(jīng)廣泛進(jìn)入各項(xiàng)科技、經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域和我們的日常生活。但廣大科技工作者仍不斷追求更高的存儲(chǔ)密度、更大的存儲(chǔ)容量。在追求高密度、大容量的技術(shù)路線中，“短波長”路線是一種技術(shù)要求相對(duì)簡單，因而最可能實(shí)現(xiàn)的途徑。因?yàn)槭芄鈱W(xué)衍射極限限制，激光束斑的最小直徑與波長成正比，縮短波長可減小束斑尺寸。存儲(chǔ)密度原則上與波長的平方成反比(～1/λ2)。采用短波長激光可大大增加存儲(chǔ)密度。
目前DVD采用紅色(λ＝650nm)激光，DVD-R用染料記錄但只可錄一次，DVD-RW可反復(fù)錄擦數(shù)百到一千次，但盤片采用多元相變材料，生產(chǎn)工藝復(fù)雜、價(jià)格高。而且由于利用光的“熱”效應(yīng)，采用短波激光(冷激光)時(shí)技術(shù)更困難。
K(TCNQ)是由金屬鉀與有機(jī)物TCNQ(7，7，8，8-tetracyanoquinodimethane)構(gòu)成的金屬有機(jī)電荷轉(zhuǎn)移型配合物和已報(bào)道的Ag(TCNQ)類似[1，2]，由于它具有可逆光致變色特性，因而可作為一種短波長高密度存儲(chǔ)光盤的存儲(chǔ)介質(zhì)。并且，由于是利用變色機(jī)理的“光”模式而非“熱”模式，對(duì)采用短波長激光有利。但如使用真空蒸發(fā)的方法來制備薄膜，由于晶粒較大[3]，故散粒噪聲也較大；另外真空鍍膜法成本高、成膜速度慢，也無法與目前采用的大規(guī)模生產(chǎn)光盤的旋涂法工藝兼容。另一方面，由于K(TCNQ)難溶于一般溶劑，所以研究合適的體系以適應(yīng)記錄薄膜的旋涂法制備工藝要求是技術(shù)的關(guān)鍵，也是難點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)[1]Robert C.Hoffman and Richard S.Potember；Applied Optics 28No.71417-1421(1989)[2]Zhong-yi Hua，Guo-Rong Chen，Dian-Yong Chen and Hua-Hua Xu；IEEE Transaction onConsumer Electronics 45/197(1999)[3]Xiao-Liang Mo，Guo-Rong Chen，Qin-Jia Chai，Zhi-Yong Fan，Hua-Hua Xu，Yan Yao，JianYang，Hai-Hua Gu，Zhong-Yi Hua；Thin Solid Film 436 259-263(2003)[4]L.R.Melby，R.J.Harder，W.R Hertler，W.Mahler，R.E Benson and W.E.Mochel；J.Am.Chem.Soc.Vol843374-3387(1962)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種成本低、速度快、且適用于旋涂工藝的可擦重寫短波長光存儲(chǔ)薄膜材料及其制備方法。
TCNQ能形成3類電子導(dǎo)電型化合物[4]。第一類保持它醌的特性，和芳香烴、胺及多羥基酚形成晶狀π-絡(luò)合物(電荷轉(zhuǎn)移型絡(luò)合物)，這類絡(luò)合物具有中等高的電阻率(103～104ohm cm)和非常弱的電子順磁共振吸收。第二類化合物可用簡單的鹽的分子式表示為Mn+(TCNQ-)n，這類化合物在固態(tài)時(shí)具有高的電阻率(104～1012ohm cm)和弱的電子順磁共振吸收。第三類化合物可用分子式Mn+(TCNQ-)n(TCNQ)表示，這類化合物還含有一個(gè)中性的TCNQ，故具有特別低的電阻率(10-2～103ohm cm)和可變的電子順磁共振吸收。
用金屬碘化物和TCNQ的反應(yīng)通常得到的是Mn+(TCNQ-)n這樣簡單的類鹽化合物。利用此反應(yīng)，我們制備了金屬-TCNQ配合物K(TCNQ)。由于反應(yīng)中碘化物大大過量，所以被TCNQ氧化生成的I2與過量的I-絡(luò)合成I3-，其化學(xué)反應(yīng)為。
本發(fā)明提出的可擦重寫短波長光存儲(chǔ)薄膜材料，由金屬有機(jī)配合物K(TCNQ)分散于乙基纖維素中后涂布于基片上而制備獲得，乙基纖維素與K(TCNQ)的重量比為2∶100-10∶100。
上述光存儲(chǔ)薄膜材料的制備方法如下將10Amg K(TCNQ)溶于(2-6)Aml乙腈(CH3CN)和(2-6)Aml DMF(N，N-二甲基甲酰胺，HCON(CH3)2)的混合溶液中，得到K(TCNQ)-乙腈-DMF混合溶液；待完全溶解后加入相應(yīng)重量比例(即(0.2-1)Amg)的乙基纖維素和(3-8)Aml二氯甲烷(CH2Cl2)的溶液，超聲振蕩10-40分鐘；然后將K(TCNQ)高分子溶液旋涂于基片上，紅外燈烘干，即可。這里A為比例系數(shù)。
上述制備方法中，基片可采用玻璃基片，也可以采用PC基片。當(dāng)采用PC基片時(shí)，乙基纖維素和二氯甲烷的溶液中還加有(1-2)Aml溶纖劑，然后加入K(TCNQ)-乙腈-DMF混合溶液中。
將K(TCNQ)溶于高分子后分別旋涂于玻璃基片和PC基片上，制得的薄膜在330-900nm波段測(cè)其透射光譜(見圖1)。如圖所示，含K(TCNQ)的高分子薄膜在此波段內(nèi)在365nm和605nm附近各有一個(gè)吸收峰，此兩峰為TCNQ-電子躍遷而產(chǎn)生的。
圖2(a)、(b)、(c)、(d)、(e)和(f)分別為TCNQ、K(TCNQ)、含K(TCNQ)高分子薄膜和不含K(TCNQ)的高分子薄膜的紅外光譜圖，其中(e)、(f)在制備過程中加入了溶纖劑。比較圖2(a)和(b)，可以發(fā)現(xiàn)(a)中2220cm-1附近C≡N的伸縮振動(dòng)吸收峰是TCNQ的紅外特征吸收峰，而(b)中K(TCNQ)中C≡N紅外吸收峰僅比(a)中TCNQ紅移了約20cm-1，并分裂為2195cm-1和2181cm-1兩個(gè)峰，此為K(TCNQ)的紅外特征吸收峰。同時(shí)在(b)中無強(qiáng)的晶格振動(dòng)峰出現(xiàn)，表明K(TCNQ)分子是弱離子型的。另外在(b)中可以觀察到720cm-1附近有一吸收峰，而相應(yīng)的(a)中未觀察到此峰，在Li(TCNQ)紅外光譜中也發(fā)現(xiàn)有此峰。
比較(c)和(d)及(e)和(f)發(fā)現(xiàn)，(c)和(e)的紅外吸收光譜僅比(d)和(f)在2220cm-1多一吸收峰，此乃K(TCNQ)中的C≡N特征吸收峰，且此峰與(b)相比較，幾乎無任何漂移。由此可知K(TCNQ)僅是物理溶于高分子中。
本發(fā)明用“乙基纖維素-二氯甲烷-K(TCNQ)-DMF-乙腈”體系通過旋涂法制成了高質(zhì)量的光學(xué)薄膜。測(cè)量了其靜態(tài)光存儲(chǔ)特性，獲得了滿意結(jié)果。圖3為靜態(tài)測(cè)試結(jié)果，圖中顯示了60次的讀-寫-擦循環(huán)(還可以繼續(xù)循環(huán))，對(duì)比度達(dá)到25以上，可以滿足商業(yè)光盤的要求。在波長為365納米處有另一吸收峰，此處，對(duì)比度定義為K=2|R2-R1|R2+R1×100%]]>總之，本發(fā)明成功地研制了K(TCNQ)/高分子體系膜并提出了旋涂制備工藝。實(shí)驗(yàn)表明該旋涂膜具有優(yōu)良的可擦重寫光存儲(chǔ)功能?？捎糜诙滩ㄩL可擦重寫高密度光存儲(chǔ)。該薄膜材料具體可用于紅光DVD(波長為650nm)和短波長(波長為405nm)可擦重寫光存儲(chǔ)光盤。該光盤可由基片(玻璃或PC)、上述薄膜材料和一金屬反射層組成，該金屬反射層可以為金、銀或鋁。另外，溶于高分子中的K(TCNQ)是無定型，其顆粒大大小于真空法制備的膜中的K(TCNQ)顆粒，故光學(xué)噪聲較小，可得到高的載噪比。本發(fā)明為今后高密度可擦重寫光存儲(chǔ)功能材料的研究和光盤生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化提供了廣闊的前景。


圖1為K(TCNQ)/乙基纖維索薄膜變色前后的可見光譜特性。
圖2為TCNQ、K(TCNQ)、K(TCNQ)/乙基纖維素和乙基纖維索的紅外吸收譜。
圖3為靜態(tài)測(cè)試結(jié)果(激光波長650nm)。
讀功率值寫功率值寫脈寬值擦功率值擦脈寬值1.4mw 12mw600ns 4mw 3500ns具體實(shí)施方式
1.K(TCNQ)的制備2.5g KI溶于20mlCH3OH中制得溶液A，1.0gTCNQ(東京化成)溶于150mlCH3CN中制得溶液B，在不斷攪拌下將溶液A逐漸加入溶液B中，靜止4小時(shí)，抽濾、洗滌、干燥后得到紫紅色的K(TCNQ)粉末。
2.玻璃基片上K(TCNQ)薄膜的制備10mg K(TCNQ)溶于2ml或6mlCH3CN和2ml或6mlDMF的混合溶液中，待完全溶解后加入0.3g或1g乙基纖維素(進(jìn)口分裝)，攪拌分散后加入4ml或8mlCH2Cl2，超聲振蕩40min，放置過夜。將上述配制的K(TCNQ)高分子溶液旋涂于玻片上，紅外燈烘干。
3.PC基片上K(TCNQ)薄膜的制備6mlCH2Cl2和1.5ml溶纖劑混合均勻后，加入0.2g乙基纖維素，充分溶解后制得溶液A，10mg K(TCNQ)溶于4mlCH3CN和2mlDMF的混合溶液中制得溶液B，將A、B兩溶液混合后超聲振蕩10-30min，放置過夜。用上述配制的溶液旋涂于PC基片上，紅外燈烘干。
4.測(cè)試使用UV-240紫外可見分光光度計(jì)(日本島津)和NEXUS 470FT-IR傅里葉變換紅外光譜儀(Nicolet)測(cè)量K(TCNQ)薄膜的可見光譜吸收和紅外光譜吸收特性。用自制的靜態(tài)測(cè)試儀測(cè)試了靜態(tài)讀寫擦循環(huán)特性。對(duì)比度可大于25。循環(huán)數(shù)百次未見明顯劣化。
權(quán)利要求
1.一種用于可擦重寫短波光存儲(chǔ)的薄膜材料，其特征在于由金屬有機(jī)配合物K(TCNQ)分散于乙基纖維素中后涂布于基片上而制備獲得，乙基纖維素與K(TCNQ)的重量比為2∶100-10∶100。
2.一種用于可擦重寫短波光存儲(chǔ)的薄膜材料的制備方法，其特征在于將10AmgK(TCNQ)溶于(2-6)Aml乙腈和(2-6)Aml DMF的混合溶液中，得到K(TCNQ)-乙腈-DMF混合溶液；待完全溶解后加入(0.2-1)Amg的乙基纖維素和(3-8)Aml二氯甲烷的溶液，超聲振蕩10-40分鐘；然后將K(TCNQ)高分子溶液旋涂于基片上，紅外燈烘干，這里A為比例系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于當(dāng)基片采用PC基片時(shí)，乙基纖維素和二氯甲烷的溶液中還加有(1-2)Aml溶纖劑。
4.一種如權(quán)利要求1所述薄膜材料的應(yīng)用，其特征在于用于紅光DVD和短波長可擦重寫光存儲(chǔ)光盤。
全文摘要
本發(fā)明為一種用于可擦重寫短波長光存儲(chǔ)的薄膜材料及其制備方法。本發(fā)明采用合適的溶劑將K(TCNQ)溶于適配的高分子中后涂于玻璃基片或PC基片上制成含K(TCNQ)的高分子薄膜，并對(duì)該薄膜的可逆光致變色光譜和光存儲(chǔ)特性進(jìn)行了研究。該薄膜在365nm和605nm波長處有2個(gè)特征吸收峰，可用于紅光DVD(波長為650nm)和短波長(波長為405nm)可擦寫光存儲(chǔ)光盤。用波長為650nm的靜態(tài)儀測(cè)試結(jié)果表明循環(huán)次數(shù)百次后未見性能劣化，對(duì)比度大于25，已達(dá)到實(shí)用化水平。
文檔編號(hào)C22C49/14GK1719527SQ20051002578
公開日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2005年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月12日
發(fā)明者陳國榮, 徐華華, 孫大林 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)