[发明专利]偶氮苯液晶光全息存储材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明用于数据存储的新材料及其制备技术。

背景技术

世界范围的存储需求以每年75％的速度递增，巨大的信息量使人们对高密度、高传输率的数据存储手段有着近乎无止境的追求。传统的存储技术，如磁存储、传统光盘存储、半导体存储等虽在不断改进，但这些存储手段正逐步接近其物理极限。永久记录的CD由一系列蚀刻在表面内的凹坑和凹槽组成，可重写CD采用薄的非晶形层的表面结晶化/非结晶化，其中的信息以数字编码并可光学读取。磁盘同样以在磁性介质表面上不同排列的磁畴的方式存储数字信息。基于二维(2D)存储器的数据存储如光学读/写凹坑、凹槽或磁畴正在达到给定材料的理论极限。首先，将凹坑和凹槽的尺寸减小到几个纳米可能会达到10¹⁰-10¹²bits/mm²的极限。但是这样一种解决方案不可避免地受到成本高昂的精密机械的限制，需要特殊的环境(高真空或纯液态)，最重要的是由于2D技术的固有缺陷。连续阅读非常慢，导致存储数据的存取时间特别长。

相对于上述的二维(2D)数据存储，作为三维(3D)数据存储的全息存储技术可以在同等体积的条件下得到极高的数据容量。全息光存储根据全息学的原理，利用两个相干激光束的叠加生成的干涉图案来存储数字数据。其中，第一个光束为“信息光束”，由空间光调制器调制且承载以数据页形式记录的信息。第二个光束为“参考光束”，并不加载信息，与第一个光束相交可形成干涉图案。产生的干涉图案会导致存储材料的特性发生变化，如亮区和暗区的折射率变得不相同等，并且该特性取决于干涉图案的局部强度。通过在与记录过程相同的条件下，用参考光束照射记录的材料可获得所记录全息图的再现，即对所记录数据的重现。这种对信息以全息照相的方式进行页面式存储的方式，充分利用光学的并行性。全息光存储凭借高冗余度、高存储容量、高数据传输速率和较短的存取时间、较低的信息位价格、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。

光全息存储技术的核心是存储介质，存储介质大体上分为可擦写和一次性写入两类。一次性写入存储介质有很多种，其中光致聚合物具有灵敏度高、存储容量高、信息保存时间长等优点，有着广泛的研究。光致聚合物一般由单体、光引发剂、光敏剂、基质等部分组成。在干涉光的照射下，通过基质中亮处单体的聚合和暗处单体向亮处的扩散从而形成折射率光栅，并记录信息。但光致聚合物的缺点之一是材料发生反应时会产生体积收缩，体积收缩将导致布拉格角失配，从而影响记录信息的质量。而且由于现有材料的制作工艺限制，材料厚度难于增加，信息存储容量受到限制。

可擦写存储介质可以反复地删除和写入数据，多次使用，其分为无机材料和有机材料两大类。无机材料以铌酸锂晶体为代表。但铌酸锂生产成本很高，形状受到晶体尺寸限制，写入的数据等需要进行热固定等后期处理才能长期保存，影响了实用性。有机材料以含有偶氮苯基团的光折变化合物为代表。偶氮苯基团在特定波长光激发下会产生反(trans-)-顺(cis-)光致异构化。当线偏振光作用于各向异性的偶氮苯基团时，分子会发生反式-顺式-反式的光异构循环，线偏振光有选择地激发那些跃迁矩与偏振方向平行的分子，经过多次反式-顺式-反式的循环以后，分子趋向于垂直信号光的偏振方向排列，最终分子取向发生了改变，产生了光折变效应。其与未受到信号光照射的偶氮苯基团存在折射率差异，进而记录了数据。相反，用非偏振光或圆偏振光照射样品可擦除已存储的光信号。但是偶氮苯化合物由于存在破坏性读出、存储信息易丢失及折射率调制度低等问题，限制了其在光全息存储领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于解决普通可擦写型光折变全息存储材料存在的不足，提供一种不会发生破坏性读出、存储信息不易丢失、存储容量大的偶氮苯液晶光全息存储材料。

本发明的另一目的在于提供一种操作简单、成本低廉并在室温下可制备出不同形状厚度的偶氮苯液晶光全息存储材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种偶氮苯液晶光全息存储材料，包括二氧化硅、含偶氮苯基团化合物和含液晶基团化合物。其中，二氧化硅作为基质材料，其用量多少无需特别限定，本领域技术人员可以在适当范围内调整。偶氮苯化合物作为光折变物质，液晶基团作为光折变增强物质。材料中偶氮苯基团与液晶基团的摩尔比在0.5～10∶1之间。