新型二芳烯分子的設計合成及其在高密度光存儲中的應用

導師姓名
張復實
學科專業
物理化學
文獻出處
清華大學   2020年01期
關鍵詞
二芳基乙烯論文   光致變色論文   合成應用論文   高密度光存儲論文   無損讀出論文  
論文摘要

研發新型的光子型、可擦重寫存儲材料是高密度光存儲技術的重要課題之一。其中,由于二芳基乙烯化合物(簡稱二芳烯)具有優良的物理化學性質和光致變色特性,從而在高密度光存儲中最具應用潛力而成為新一代光存儲材料的研究熱點。本論文第一部分是進行新型二芳烯分子的設計合成和性質研究。

正文

研發新型的光子型、可擦重寫存儲材料是高密度光存儲技術的重要課題之一。其中,由于二芳基乙烯化合物(簡稱二芳烯)具有優良的物理化學性質和光致變色特性,從而在高密度光存儲中最具應用潛力而成為新一代光存儲材料的研究熱點。本論文第一部分是進行新型二芳烯分子的設計合成和性質研究。主要結果是:⑴設計合成了16種二芳烯分子(其中13種為首次合成),其特點是:能與532、650和780 nm三種波長的激光器相匹配,彼此的光譜重疊小于10%;8種新化合物的光環化量子產率高于0.5,其中化合物DT-5的(O-C值達到0.92,高于迄今報導的同類化合物;具有較大折射率空間調制度((n=10-3~10-2)、良好的化學熱穩定性(PDT(200(C)和抗疲勞性(循環次數(1000);⑵首次發現并能重復再現二芳基乙烯DT-3的同質異晶現象和不同的雙光子熒光效應;⑶二芳烯具有正的溶劑效應,其光環化反應屬于((,(*)躍遷,并且表現為零級反應,開環反應為一級反應,反應機理符合RRKM理論。論文第二部分用二芳烯作為存儲介質進行了多波長、多階、全息和近場高密度光存儲的應用研究。主要創新性的成果有:⑴首次實現了532和650 nm雙波長、四階高密度數字光盤的制作和存儲;⑵首次完成了532、650和780 nm三波長、八階高密度數字膜片的制備和存儲;⑶首次將二芳基乙烯化合物用于全息光存儲,并在厚度小于10 (m的非晶態膜片上實現了多重全息光柵、全息圖像和全息數字信息的光子型、可擦重寫存儲;⑷將二芳基乙烯用于近場光存儲,獲得了~1 (m尺寸的近場記錄光斑。此外,對二芳烯的讀寫特性進行了研究,并在此基礎上提出和驗證了一種簡單可行的無損讀出方案。選用吸收波長為500~700 nm的二芳烯,考查了材料的靈敏度、開環反應速率常數、記錄激光功率和波長對讀寫過程的影響。實驗結果表明:記錄時間隨著上述參數值的減小而減??;用高環化、低開環量子產率的二芳烯,在其最大吸收波長偏短波長方向進行高功率寫入、低功率讀出,即可進行無損讀出。在實驗條件下,重復讀出2000多次,記錄信號強度仍能保持約25%的反射率不變。
 

英文摘要

主要符號對照表

第一章 引言

1.1 課題的目的和意義

1.2 光信息存儲技術及存儲材料的研究概況

1.2.1 光信息存儲技術的研究概況

1.2.2 光存儲材料的研究概況

1.3 新型高密度光信息存儲技術

1.3.1 多波長、多階光存儲

1.3.2 全息光存儲

1.3.3 近場光存儲

1.3.4 雙光子三維光存儲

1.3.5 光致變色化合物和光子型存儲

1.4 二芳基乙烯光致變色化合物

1.4.1 熱穩定性

1.4.2 抗疲勞性

1.4.3 吸收光譜和量子產率

1.4.4 二芳基乙烯化合物的應用研究

1.4.4.1 分子開光

1.4.4.2 光信息存儲

1.4.4.3 無損讀出

1.5. 本博士學位論文的主要內容

第二章 新型二芳烯分子的設計合成及性質研究

2.1 試劑和儀器

2.1.1 主要化學藥品

2.1.2 儀器

2.2 二芳基乙烯化合物的合成

2.2.1 第一類對稱二芳基乙烯分子的合成

2.2.2 第二類對稱二芳基乙烯分子的合成

2.2.3 第三類對稱二芳基乙烯分子的合成

2.2.4 不對稱二芳基乙烯分子的合成

2.2.5 合成方法的總結與討論

2.3 性質研究

2.3.1 二芳基乙烯的光致變色特性

2.3.1.1 溶液中的光致變色

2.3.1.2 PMMA非晶態薄膜中的光致變色

2.3.1.3 二芳基乙烯晶體及其光致變色

2.3.2 溶劑效應

2.3.3 二芳基乙烯光致變色反應的動力學研究

2.3.4 二芳基乙烯的抗疲勞性

2.3.5 二芳基乙烯的熱穩定性

2.3.6 二芳基乙烯的量子產率

2.3.7 二芳基乙烯的折射率調制度

2.3.8 雙光子熒光

2.4 本章小結

第三章 二芳烯在高密度光信息存儲中的應用研究

3.1 制膜工藝

3.1.1 制膜方法、膜片結構及用途

3.1.1.1 旋涂法(Spin-coating)

3.1.1.2 真空蒸鍍法

3.1.1.3 凝膠壓片法

3.1.1.4 膜片結構及用途

3.1.2 膜片表面的形貌分析

3.2 二芳基乙烯在多波長多階光存儲中的應用

3.2.1 實驗方法及原理

3.2.2 記錄點的形貌

3.2.3 PMMA非晶態膜片中的單波長存儲

3.2.3.1532 nm激光

3.2.3.2650 nm激光

3.2.3.3780 nm激光

3.2.4 PMMA非晶態膜片中的雙波長存儲

3.2.5 PMMA非晶態膜片中的三波長存儲

3.2.6 PMMA非晶態膜片中的八階存儲

3.2.7 光盤上的多波長多階存儲

3.3 二芳基乙烯在全息光存儲中的應用

3.3.1 實驗方法及原理

3.3.2 全息圖像的初步存儲實驗

3.3.3 多重全息存儲實驗

3.3.4 可擦重寫全息存儲

3.4 二芳基乙烯在近場光存儲中的初步應用

3.4.1 實驗方法及原理

3.4.2 結果討論

3.5 本章小結

第四章 二芳烯的讀寫特性和無損讀出研究

4.1 二芳基乙烯的讀寫特性

4.1.1 記錄時間的定義和計算

4.1.2 記錄時間的影響因素

4.1.3 記錄激光波長對讀寫過程的影響

4.1.4 理論推導及結果分析

4.2 無損讀出

4.2.1 方法的提出

4.2.2 實驗驗證

4.3 本章小結

結論

參考文獻

致謝

附錄二芳烯的分子結構式及其UV-Vis光譜圖

個人簡歷、在學期間的研究成果及發表的論文

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