全息光存储膜片及其制备方法与专用生产原料 【技术领域】
本发明涉及一种信息存储材料及其制备方法与专用生产原料，特别是涉及一种全息光存储膜片及其制备方法与专用生产原料。
背景技术
全息光存储根据全息学的原理，对信息以全息照相的方式进行页面式存储，并充分利用光学的并行性，实行高度并行的无机械运动寻址，既增加了存储容量，又减少了存取时间，还能保持较低的信息位价格。全息光存储具有高冗余度、高存储容量、高数据传输速率和较短的存取时间、可以进行并行内容寻址等其他存储方法无可替代的优点，因此引起了广泛关注。
全息光存储膜片与相应的激光器匹配，可以完成高质量的信息存储。对于全息光存储技术来说，存储材料是其中心组成部分。因为全息存储是利用光的干涉原理，在记录材料上以全息图的形式记录信息，并在特定的条件下以衍射形式恢复所存储的信息，所以全息图的质量在很大程度上取决于感光材料的特性。理想的全息存储材料应具有高的分辨率、较高的感光灵敏度、较宽的光谱范围、低噪声和高衍射效率，并且可重复使用、保存时间长和价格低。目前，用于全息光存储研究的材料主要有银盐材料、光致抗蚀剂、光导热塑料、光致聚合物和光折变材料等。这些材料各具优缺点，但能够满足全息存储的所有要求的材料至今尚未发现，因此探索和发展新的全息存储材料势在必行。
二芳烯乙烯类光致变色分子具有良好的化学和热稳定性、显著地抗疲劳性、高的环化量子产率和灵敏度等优点，在光致异构化过程中，不仅吸收光谱发生改变，而且其折射率、介电常数、氧化/还原电势和几何构型等均可能发生变化。这些性质的改变可实用于制备各种光电子器件，如高密度可擦写光信息存储光盘和光控开关。但迄今为止，尚无人将这类材料用于全息光存储研究之中。
发明创造内容
本发明的目的是提供一种生产全息光存储膜片的原料。
本发明提供的生产全息光存储膜片的原料为通式(I)化合物：
(式I)
其中，R1为H原子或甲基，R为C原子数小于10的烷基、醇和杂环烷基。
所述式(I)中的R优选自如下基团，这时适用于波长为514.5nm激光器进行全息光存储。-CH3、-CH2OH、
当所述R是通过苯环连接的基团时，得到通式(II)化合物
(式II)
所述式(II)中的R2选自C原子数小于10的烷氧基、醇、醛、烯和杂环烷基。其中所述R2优选自下列基团，适用于波长为632.8nm激光器进行全息光存储。-OCH2CH3、-CH2OH、-CHO、
本发明的另一个目的是提供一种制备通式(I)化合物的方法。
为实现这一目的，本发明采用以下技术方案：将2-取代基-4-甲基噻吩溶于无水乙醚中，在N2保护下，冷却至约0℃，滴加n-BuLi；然后回流1小时，再冷却至0℃，加入0.5当量的全氟环戊烯，继续反应1小时，加入稀盐酸中止反应得到产品。
具体合成方法可参见相关专利申请：02100500.1和02100681.4。
本发明的第三个目的是提供一种用于全息光存储的非晶态膜片。
一种用于全息光存储的非晶态膜片，由玻璃基片及涂敷在所述基片上的光存储材料组成，所述光存储材料为通式(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)的重量份数比为1∶5-1∶1。
本发明的第四个目的是提供一种用于全息光存储非晶态膜片的制备方法。
一种制备全息光存储非晶态膜片的方法：是将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)超声溶解于有机溶剂中；然后将与聚甲基丙烯酸甲酯重量份数比为1∶5-1∶1的通式(I)化合物混合到该溶液中，经超声处理使之成为均相胶液，后者采用旋涂法在透明玻璃片基上形成薄膜。
在上述方法中，有机溶剂优选为三氯甲烷；所述旋涂是将玻璃基片置于匀胶机上，调节转速为500rpm，向基片中心注入0.1mL所述均相胶液，将转速提高至2000rpm，经50秒后，膜上溶剂全部挥发，获得厚度约为10μm的均匀薄膜。
本发明巧妙地利用二芳烯分子的光致变色特性和两种异构体的较大折射率变化进行全息光存储，具有已知全息光存储非晶态膜片不可比拟的优越性。全息光存储的实验装置如图1所示：二芳烯记录膜片经45°切割，C轴与全息光栅矢量平行；激光器的波长为514.5nm或632.8nm，物光(Object)与参考光(Reference)均为0光，两者夹角近似90°；物光光路中的空间光调制器(SLM)是XGA2 MINIATURE LCD1024×768液晶投影板。物光通过半波片P1、P2，反射镜M2，SLM，透镜L3和空间滤波器D1到达晶体。P1调整物光的偏振态与SLM的相同，P2调整物光的偏振态与参考光相同。参考光通过透镜L1、反射镜M1及透镜L2到达晶体，其中L1与M1被固定在精密平台S上，通过计算机控制S左右移动，精密调整参考光入射角度和强度进行全息图像存储。
本发明的二芳基乙烯类光致变色化合物在溶液或薄膜中均可保持良好的光致变色性能，并且开环态(无色态)和闭环态(呈色态)均具很好的化学和热稳定性、显著的抗疲劳性、较高的环化量子产率和很好的灵敏度等优越性能；具有特定的吸收波长范围，可分别与514.5nm和632.8nm激光器匹配而用作全息存储记录介质。超薄PMMA膜片具有较高分辨率、感光灵敏度和衍射效率，并且可以重复使用，是理想的全息光记录材料。
【附图说明】
图1为全息光存储实验装置示意图
图2为化合物1a在PMMA薄膜中紫外光照射前后的吸收光谱图
图3为化合物2a在PMMA薄膜中紫外光照射前后的吸收光谱图
图4为化合物3a在PMMA薄膜中紫外光照射前后的吸收光谱图
图5为化合物4a在PMMA薄膜中紫外光照射前后的吸收光谱图
图6为化合物1a膜片用514.5nm激光器进行全息图像存储结果
图7为化合物2a膜片用514.5nm激光器进行全息图像存储结果
图8为化合物3a膜片用632.8nm激光器进行全息图像存储结果
图9为化合物4a膜片用632.8nm激光器进行全息图像存储结果
【具体实施方式】
实施例1、1，2-双(2-甲基-5-甲醇基-噻吩-3-基)全氟环戊烯(1a)在全息光存储中的应用
在通式(1)中，当R1为氢原子，R为-CH20H时，即构成光致变色化合物1a，其名称为：1，2-双(2-甲基-5-甲醇基-噻吩-3-基)全氟环戊烯(1a)，结构式如下：
利用化合物1a制备全息光存储非晶态膜片的方法为：称取100mg聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)超声溶解于1mL三氯甲烷中，称取50 mg化合物1a混合到该溶液中，经超声处理使之成为均相胶液，后者采用旋涂法在透明玻璃片基上形成薄膜。旋涂在KW-4型台式匀胶机上进行：将玻璃基片置于匀胶机上，调节转速为500rpm，向基片中心注入0.1mL上述均相胶液，然后将转速迅速提高至2000rpm，滴在基片中心的胶液在离心力的作用下被展成薄膜，多余的胶液将从基片边缘甩出，经50s后，膜上溶剂全部挥发，获得厚度约为10μm的均匀薄膜。
将膜片置于波长为365nm的紫外光下充分发色，结果如图2所示，图中横坐标是波长(nm)，纵坐标是吸光度，Uv表示紫外光，Vis表示可见光。表明在波长为365nm的紫外光充分辐照下，膜层由无色的开环态立即发生闭环反应变为红色的闭环态，并在可见光区域出现一个很宽的叠加吸收光谱峰，其光谱吸收范围为400nm～600nm，最大吸收为518nm；在可见光(λ＞450nm)的照射下，有色膜层又可以发生开环反应返回到无色的开环态。实验表明，这种闭环/开环可以至少重复50次以上而其最大吸收波长处的吸光度没有明显变化，而且该记录介质对514.5nm激光可敏感吸收。因此，用这种二芳烯光致变色化合物在按适当工艺制成膜片，就可以与波长为514.5nm激光器很好匹配，从而进行全息光信息存储。然后选用波长为514.5nm激光器，物光与参考光均为O光，两者夹角近似90°；物光光路中的空间光调制器(SLM)是XGA2 MINIATURELCD1024×768液晶投影板。物光通过半波片P1、P2，反射镜M2，SLM，透镜L3和空间滤波器D1到达晶体。P1调整物光的偏振态与SLM的相同，P2调整物光的偏振态与参考光相同。参考光通过透镜L1、反射镜M1及透镜L2到达晶体，其中L1与M1被固定在精密平台S上，通过计算机控制S左右移动，精密调整参考光入射角度和强度进行全息图像存储，其存储结果如图6所示，从图中可以看出，得到的图像具有很高的分辨率，同时该膜片可以重复使用。信号光与参考光均为2mw，光斑直径6mm。
实施例2、1，2-双(2-甲基-5-2-(1，3-二氧戊环基)-噻吩-3-基)全氟环戊烯(2a)，在全息光存储中的应用
在通式(1)中，当R1为氢原子，R为2-(1，3-二氧戊环)基时，即构成光致变色化合物2a，其名称为：1，2-双(2-甲基-5-2-(1，3-二氧戊环基)-噻吩-3-基)全氟环戊烯(2a)，结构式如下：
利用化合物2a制备全息光存储非晶态膜片的方法为：称取100 mg聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)超声溶解于1mL三氯甲烷中，称取100mg化合物2a混合到该溶液中，经超声处理使之成为均相胶液，按照实例1中方法制备厚度约为10μm的均匀薄膜。
将膜片置于波长为365nm的紫外光下充分发色，结果如图3所示，图中横坐标是波长(nm)，纵坐标是吸光度，Uv表示紫外光，Vis表示可见光。表明在波长为365nm的紫外光充分辐照下，膜层由无色的开环态立即发生闭环反应变为红色的闭环态，并在可见光区域出现一个很宽的叠加吸收光谱峰，其光谱吸收范围为450nm～650nm，最大吸收为536nm；在可见光(λ＞500nm)的照射下，有色膜层又可以发生开环反应返回到无色的开环态。实验表明，这种闭环/开环可以至少重复50次以上而其最大吸收波长处的吸光度没有明显变化，而且该记录介质对514.5nm激光可敏感吸收。因此，用这种二芳烯光致变色化合物在按适当工艺制成膜片，就可以与波长为514.5nm激光器很好匹配，从而进行全息光信息存储。然后选用波长为514.5nm激光器，物光与参考光均为O光，两者夹角近似90°；物光光路中的空间光调制器(SLM)是XGA2 MINIATURELCD1024×768液晶投影板。物光通过半波片P1、P2，反射镜M2，SLM，透镜L3和空间滤波器D1到达晶体。P1调整物光的偏振态与SLM的相同，P2调整物光的偏振态与参考光相同。参考光通过透镜L1、反射镜M1及透镜L2到达晶体，其中L1与M1被固定在精密平台S上，通过计算机控制S左右移动，精密调整参考光入射角度和强度进行全息图像存储，其存储结果如图7所示。信号光与参考光均为2mw，光斑直径6mm。
实施例3、1，2-双(2-甲基-5-(4-醛基)苯基-噻吩-3-基)全氟环戊烯(3a)在全息光存储中的应用
在通式(2)中，当R1为氢原子，R为-CHO基时，即构成光致变色化合物3a，其名称为：1，2-双(2-甲基-5-(4-醛基)苯基-噻吩-3-基)全氟环戊烯(3a)，结构式如下：
利用化合物3a制备全息光存储非晶态膜片的方法为：称取100mg聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)超声溶解于1mL三氯甲烷中，称取20mg化合物3a混合到该溶液中，经超声处理使之成为均相胶液，按照实例1中方法制备厚度约为10μm的均匀薄膜。
将膜片置于波长为365nm的紫外光下充分发色，结果如图4所示，图中横坐标是波长(nm)，纵坐标是吸光度，Uv表示紫外光，Vis表示可见光。表明在波长为365nm的紫外光充分辐照下，膜层由无色的开环态立即发生闭环反应变为深蓝色的闭环态，并在可见光区域出现一个很宽的叠加吸收光谱峰，其光谱吸收范围为450nm～750nm，最大吸收为614nm；在可见光(λ＞500nm)的照射下，有色膜层又可以发生开环反应返回到无色的开环态。实验表明，这种闭环/开环可以至少重复50次以上而其最大吸收波长处的吸光度没有明显变化，而且该记录介质对632.8nm激光可敏感吸收。因此，用这种二芳烯光致变色化合物在按适当工艺制成膜片，就可以与波长为632.8nm激光器很好匹配，从而进行全息光信息存储。然后选用波长为632.8nm氦氖激光器，物光与参考光均为O光，两者夹角近似90°；物光光路中的空间光调制器(SLM)是XGA2MINIATURE LCD1024×768液晶投影板。物光通过半波片P1、P2，反射镜M2，SLM，透镜L3和空间滤波器D1到达晶体。P1调整物光的偏振态与SLM的相同，P2调整物光的偏振态与参考光相同。参考光通过透镜L1、反射镜M1及透镜L2到达晶体，其中L1与M1被固定在精密平台S上，通过计算机控制S左右移动，精密调整参考光入射角度和强度进行全息图像存储，其存储结果如图8所示。信号光与参考光均为1.1mw，光斑直径6mm。
实施例4：1，2-双(2-甲基-5-(4-(2-1，3-二氧戊环基)苯基)-噻吩-3-基)全氟环戊烯(4a)在全息光存储中的应用
在通式(2)中，当R1为氢原子，R为2-(1，3-二氧戊环)基时，即构成光致变色化合物4a，其名称为：1，2-双(2-甲基-5-(4-(2-1，3-二氧戊环基)苯基)-噻吩-3-基)全氟环戊烯(4a)，结构式如下：
利用化合物4a制备全息光存储非晶态膜片的方法为：称取100mg聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)超声溶解于1mL三氯甲烷中，称取20mg化合物4a混合到该溶液中，经超声处理使之成为均相胶液，按照实例1中方法制备厚度约为10μm的均匀薄膜。
将膜片置于波长为365nm的紫外光下充分发色，结果如图5所示，图中横坐标是波长(nm)，纵坐标是吸光度，Uv表示紫外光，Vis表示可见光。表明在波长为365nm的紫外光充分辐照下，膜层由无色的开环态立即发生闭环反应变为深蓝色的闭环态，并在可见光区域出现一个很宽的叠加吸收光谱峰，其光谱吸收范围为450nm～750nm，最大吸收为606nm；在可见光(λ＞500nm)的照射下，有色膜层又可以发生开环反应返回到无色的开环态。实验表明，这种闭环/开环可以至少重复50次以上而其最大吸收波长处的吸光度没有明显变化，而且该记录介质对632.8nm激光可敏感吸收。因此，用这种二芳烯光致变色化合物在按适当工艺制成膜片，就可以与波长为632.8nm激光器很好匹配，从而进行全息光信息存储。然后选用波长为632.8nm氦氖激光器，物光与参考光均为O光，两者夹角近似90°；物光光路中的空间光调制器(SLM)是XGA2MINIATURE LCD1024×768液晶投影板。物光通过半波片P1、P2，反射镜M2，SLM，透镜L3和空间滤波器D1到达晶体。P1调整物光的偏振态与SLM的相同，P2调整物光的偏振态与参考光相同。参考光通过透镜L1、反射镜M1及透镜L2到达晶体，其中L1与M1被固定在精密平台S上，通过计算机控制S左右移动，精密调整参考光入射角度和强度进行全息图像存储，其存储结果如图9所示。信号光与参考光均为1.1mw，光斑直径6mm。