456旗牌:新型二芳烯分子的设计合成及其在高密度光存储中的应用

导师姓名
张复实
学科专业
物理化学
文献出处
清华大学   2020年01期
关键词
二芳基乙烯论文   光致变色论文   合成应用论文   高密度光存储论文   无损读出论文  
论文摘要

456棋盘 www.jtsjii.com.cn 研发新型的光子型、可擦重写存储材料是高密度光存储技术的重要课题之一。其中,由于二芳基乙烯化合物(简称二芳烯)具有优良的物理化学性质和光致变色特性,从而在高密度光存储中最具应用潜力而成为新一代光存储材料的研究热点。本论文第一部分是进行新型二芳烯分子的设计合成和性质研究。

正文

研发新型的光子型、可擦重写存储材料是高密度光存储技术的重要课题之一。其中,由于二芳基乙烯化合物(简称二芳烯)具有优良的物理化学性质和光致变色特性,从而在高密度光存储中最具应用潜力而成为新一代光存储材料的研究热点。本论文第一部分是进行新型二芳烯分子的设计合成和性质研究。主要结果是:⑴设计合成了16种二芳烯分子(其中13种为首次合成),其特点是:能与532、650和780 nm三种波长的激光器相匹配,彼此的光谱重叠小于10%;8种新化合物的光环化量子产率高于0.5,其中化合物DT-5的(O-C值达到0.92,高于迄今报导的同类化合物;具有较大折射率空间调制度((n=10-3~10-2)、良好的化学热稳定性(PDT(200(C)和抗疲劳性(循环次数(1000);⑵首次发现并能重复再现二芳基乙烯DT-3的同质异晶现象和不同的双光子荧光效应;⑶二芳烯具有正的溶剂效应,其光环化反应属于((,(*)跃迁,并且表现为零级反应,开环反应为一级反应,反应机理符合RRKM理论。论文第二部分用二芳烯作为存储介质进行了多波长、多阶、全息和近场高密度光存储的应用研究。主要创新性的成果有:⑴首次实现了532和650 nm双波长、四阶高密度数字光盘的制作和存储;⑵首次完成了532、650和780 nm三波长、八阶高密度数字膜片的制备和存储;⑶首次将二芳基乙烯化合物用于全息光存储,并在厚度小于10 (m的非晶态膜片上实现了多重全息光栅、全息图像和全息数字信息的光子型、可擦重写存储;⑷将二芳基乙烯用于近场光存储,获得了~1 (m尺寸的近场记录光斑。此外,对二芳烯的读写特性进行了研究,并在此基础上提出和验证了一种简单可行的无损读出方案。选用吸收波长为500~700 nm的二芳烯,考查了材料的灵敏度、开环反应速率常数、记录激光功率和波长对读写过程的影响。实验结果表明:记录时间随着上述参数值的减小而减??;用高环化、低开环量子产率的二芳烯,在其最大吸收波长偏短波长方向进行高功率写入、低功率读出,即可进行无损读出。在实验条件下,重复读出2000多次,记录信号强度仍能保持约25%的反射率不变。
 

英文摘要

主要符号对照表

第一章 引言

1.1 课题的目的和意义

1.2 光信息存储技术及存储材料的研究概况

1.2.1 光信息存储技术的研究概况

1.2.2 光存储材料的研究概况

1.3 新型高密度光信息存储技术

1.3.1 多波长、多阶光存储

1.3.2 全息光存储

1.3.3 近场光存储

1.3.4 双光子三维光存储

1.3.5 光致变色化合物和光子型存储

1.4 二芳基乙烯光致变色化合物

1.4.1 热稳定性

1.4.2 抗疲劳性

1.4.3 吸收光谱和量子产率

1.4.4 二芳基乙烯化合物的应用研究

1.4.4.1 分子开光

1.4.4.2 光信息存储

1.4.4.3 无损读出

1.5. 本博士学位论文的主要内容

第二章 新型二芳烯分子的设计合成及性质研究

2.1 试剂和仪器

2.1.1 主要化学药品

2.1.2 仪器

2.2 二芳基乙烯化合物的合成

2.2.1 第一类对称二芳基乙烯分子的合成

2.2.2 第二类对称二芳基乙烯分子的合成

2.2.3 第三类对称二芳基乙烯分子的合成

2.2.4 不对称二芳基乙烯分子的合成

2.2.5 合成方法的总结与讨论

2.3 性质研究

2.3.1 二芳基乙烯的光致变色特性

2.3.1.1 溶液中的光致变色

2.3.1.2 PMMA非晶态薄膜中的光致变色

2.3.1.3 二芳基乙烯晶体及其光致变色

2.3.2 溶剂效应

2.3.3 二芳基乙烯光致变色反应的动力学研究

2.3.4 二芳基乙烯的抗疲劳性

2.3.5 二芳基乙烯的热稳定性

2.3.6 二芳基乙烯的量子产率

2.3.7 二芳基乙烯的折射率调制度

2.3.8 双光子荧光

2.4 本章小结

第三章 二芳烯在高密度光信息存储中的应用研究

3.1 制膜工艺

3.1.1 制膜方法、膜片结构及用途

3.1.1.1 旋涂法(Spin-coating)

3.1.1.2 真空蒸镀法

3.1.1.3 凝胶压片法

3.1.1.4 膜片结构及用途

3.1.2 膜片表面的形貌分析

3.2 二芳基乙烯在多波长多阶光存储中的应用

3.2.1 实验方法及原理

3.2.2 记录点的形貌

3.2.3 PMMA非晶态膜片中的单波长存储

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非晶态膜片中的双波长存储

3.2.5 PMMA非晶态膜片中的三波长存储

3.2.6 PMMA非晶态膜片中的八阶存储

3.2.7 光盘上的多波长多阶存储

3.3 二芳基乙烯在全息光存储中的应用

3.3.1 实验方法及原理

3.3.2 全息图像的初步存储实验

3.3.3 多重全息存储实验

3.3.4 可擦重写全息存储

3.4 二芳基乙烯在近场光存储中的初步应用

3.4.1 实验方法及原理

3.4.2 结果讨论

3.5 本章小结

第四章 二芳烯的读写特性和无损读出研究

4.1 二芳基乙烯的读写特性

4.1.1 记录时间的定义和计算

4.1.2 记录时间的影响因素

4.1.3 记录激光波长对读写过程的影响

4.1.4 理论推导及结果分析

4.2 无损读出

4.2.1 方法的提出

4.2.2 实验验证

4.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录二芳烯的分子结构式及其UV-Vis光谱图

个人简历、在学期间的研究成果及发表的论文

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