專(zhuān)利名稱(chēng)：一類(lèi)具有光電雙響應(yīng)的功能材料的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一類(lèi)具有光電雙響應(yīng)的功能材料的用途。
背景技術(shù)：
隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們要處理的信息量與日劇增，對(duì)信息存儲(chǔ)器件的性能提出了更高的要求，信息時(shí)代的發(fā)展迫切需要研究和開(kāi)發(fā)高存儲(chǔ)密度、快響應(yīng)速度、長(zhǎng)存儲(chǔ)壽命以及多操作模式的材料和器件。有機(jī)材料由于其組成結(jié)構(gòu)多變、易于裁剪組裝和便于成型加工等優(yōu)點(diǎn)而在信息存儲(chǔ)領(lǐng)域備受重視Appl.Phys.Lett.73850；1998。此外它在分子開(kāi)關(guān)WeinheimWiley-VCH，2001、分子導(dǎo)線(xiàn)Adv.Mater，939；1997、發(fā)光二極管Nature，397121；1999、邏輯門(mén)Adv.Mater.14401；2002等領(lǐng)域均具有重要的應(yīng)用前景。
目前用于信息存儲(chǔ)的基質(zhì)大多為變色材料，其中主要是光致變色材料和電致變色材料。從光致變色材料用于信息存儲(chǔ)的角度而言，材料A受一定能量的光子作用變成材料B實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)過(guò)程，材料B在另一能量的光子或熱的作用下轉(zhuǎn)變成材料A實(shí)現(xiàn)信息的擦除。有機(jī)光致變色材料自60年代初開(kāi)始進(jìn)行研究，80年代初陸續(xù)合成具有新功能的光致變色化合物，目前對(duì)光致變色的研究大都集中在二芳基乙烯Chem.Rev.1001685；2000、俘精酸酐J.Chem.Soc.1202；1981、螺吡喃Adv.Mater.16125；2004、螺噁嗪Chem.Rev.1001741；2000、偶氮類(lèi)J.Am.Chem.Soc.1041960；1982以及質(zhì)子轉(zhuǎn)移體系Chem.Lett.3268；2000等。
電致變色材料是指一類(lèi)能對(duì)外加電場(chǎng)變化產(chǎn)生顏色可逆響應(yīng)和具有開(kāi)路記憶功能的電子材料。有機(jī)電致變色材料有氧化還原型化合物、金屬有機(jī)配合物和導(dǎo)電聚合物化學(xué)通報(bào)，927；1993等類(lèi)型。
綜上所述，能夠單獨(dú)發(fā)生光響應(yīng)或電響應(yīng)的化合物種類(lèi)很多，但是同時(shí)具有光電雙穩(wěn)特性尤其是在固態(tài)或晶態(tài)下具有良好的光電特性的化合物較為少見(jiàn)，此外，目前具有較好應(yīng)用前景的分子體系大多比較復(fù)雜，表征比較困難，導(dǎo)致難于對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的定量研究Phys.Rev.Lett.91188301；2003。所以尋找具有光電雙穩(wěn)特性的化合物并揭示分子在光電操作前后的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系，對(duì)于擴(kuò)大材料的應(yīng)用領(lǐng)域，突破材料的性能局限，探索和理解此類(lèi)化合物在存儲(chǔ)領(lǐng)域的應(yīng)用機(jī)理和分子設(shè)計(jì)方面具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一類(lèi)具有光電雙響應(yīng)的功能材料的用途，以擴(kuò)大材料的應(yīng)用領(lǐng)域，突破材料的性能局限。
本發(fā)明所述的一類(lèi)具有光電雙響應(yīng)的功能材料的用途①可用于邏輯開(kāi)關(guān)。
②可用于光學(xué)圖像和信息存儲(chǔ)器件。
③可用于高密度光學(xué)存儲(chǔ)，由該有機(jī)材料做成的存儲(chǔ)器件存取速率快，信噪比高，因?yàn)榉瞧茐男缘拇鎯?chǔ)和讀出，能夠?qū)崿F(xiàn)多層立體存儲(chǔ)，層與層之間無(wú)干擾，進(jìn)一步提高存儲(chǔ)容量。
④可用于電開(kāi)關(guān)，可實(shí)現(xiàn)納米尺度的超高密度信息存儲(chǔ)，信息點(diǎn)直徑為1～10納米，存儲(chǔ)密度高達(dá)1012bits/cm2以上。
⑤可用于非線(xiàn)性光學(xué)器件中。
本發(fā)明所述的一類(lèi)具有光電雙響應(yīng)的功能材料，其化合物分子結(jié)構(gòu)為 或 其中，R1、R2同時(shí)為C1～C6的烷基或氫原子。
當(dāng)用高壓汞燈照射上述材料樣片時(shí)，其溶液或薄膜紫外吸收峰發(fā)生明顯的變化，同時(shí)顏色也發(fā)生明顯的變化，變化后能穩(wěn)定存在，證明該材料是一種良好的光學(xué)雙穩(wěn)材料。在其薄膜兩端施加一個(gè)合適的電壓時(shí)，薄膜的電學(xué)特性發(fā)生明顯的改變，薄膜由高阻態(tài)突然轉(zhuǎn)變成低阻態(tài)，并且在室溫下該低阻態(tài)可保持穩(wěn)定，同時(shí)發(fā)生電學(xué)特性轉(zhuǎn)變的區(qū)域顏色也發(fā)生明顯的變化，真空退火可使薄膜的顏色恢復(fù)，證明該材料是一種良好的電開(kāi)關(guān)材料。它屬于平面型分子結(jié)構(gòu)，該材料同時(shí)具有電學(xué)和光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)特性。
本發(fā)明所述的材料同時(shí)具有光響應(yīng)及電響應(yīng)特性，可廣泛應(yīng)用于光子和電子器件中。在紫外光或電場(chǎng)的誘導(dǎo)下發(fā)生顏色改變，場(chǎng)誘導(dǎo)前后對(duì)應(yīng)著兩種穩(wěn)定的狀態(tài)。本發(fā)明的材料分子屬于平面對(duì)稱(chēng)分子結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)表明這樣對(duì)稱(chēng)的分子結(jié)構(gòu)有利于薄膜的晶態(tài)生長(zhǎng)，在微米范圍內(nèi)，用物理氣相沉積方法所得薄膜表面非常平整，利用掃描隧道顯微鏡(STM)在薄膜上可實(shí)現(xiàn)超高密度信息存儲(chǔ)，信息點(diǎn)直徑為6nm，存儲(chǔ)密度可達(dá)1012bits/cm2以上。同時(shí)又可用于光存儲(chǔ)，由于熒光在照射前后發(fā)生明顯的改變，因而可利用熒光差別進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀出。
李建昌Appl.Phys.Lett.762532；2000在早期的研究中發(fā)現(xiàn)1，1-二氰基-2，2-(4-甲基-苯胺)乙烯(簡(jiǎn)稱(chēng)DDME)薄膜的電致變色特性，其分子結(jié)構(gòu)為 本發(fā)明人進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，所述化合物不僅具有電致變色特性，而且在合適的波長(zhǎng)照射下也會(huì)發(fā)生變色，顏色由黃綠色變?yōu)闊o(wú)色，證實(shí)化合物的光響應(yīng)特征。這樣該類(lèi)化合物便同時(shí)具有光響應(yīng)及電響應(yīng)，具有光電雙重外場(chǎng)可控的雙穩(wěn)特性，因而可方便的利用光電兩種操作模式對(duì)材料器件進(jìn)行操作。本發(fā)明所述化合物既可以作為超高密度信息存儲(chǔ)材料，實(shí)現(xiàn)納米尺度的信息記錄，又可以用于高密度快響應(yīng)的光存儲(chǔ)及非線(xiàn)性光學(xué)中，在光電材料器件方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。與已報(bào)道的相比，本發(fā)明所述的材料不僅在固態(tài)或晶態(tài)下具有良好的光電特性，可以通過(guò)實(shí)現(xiàn)光、電雙重高密度信息存儲(chǔ)，而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制備簡(jiǎn)便、成膜質(zhì)量高、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的目的，而不是對(duì)本發(fā)明的權(quán)利限制。


圖1.本發(fā)明實(shí)施例1所蒸DDME薄膜的原子力(AFM)高度像圖。
圖2.本發(fā)明實(shí)施例2材料DDME的紫外一可見(jiàn)吸收光譜圖。
圖3.本發(fā)明實(shí)施例3材料的DDME薄膜的電學(xué)特性。
圖4.本發(fā)明實(shí)施例4材料的DDME薄膜的光學(xué)存儲(chǔ)圖案。
圖5.本發(fā)明實(shí)施例5采用STM技術(shù)在發(fā)明材料DDME薄膜上實(shí)現(xiàn)的電學(xué)存儲(chǔ)圖案。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1.
請(qǐng)參見(jiàn)圖1。AFM工作模式為輕敲模式。具體蒸鍍方法為將發(fā)明材料DDME晶粒放入陶瓷坩鍋中，在真空度10-3～10-4Pa下加熱坩鍋，約在90～100℃將材料蒸發(fā)沉積在新剝離的高定向裂解石墨(HOPG)上。當(dāng)基底上薄膜達(dá)到所需厚度時(shí)即停止加熱，并用擋板將基片擋住，蒸發(fā)過(guò)程中基底保持室溫。AFM圖像表明，在微米范圍內(nèi)材料薄膜表面非常平整，而這正是利用STM實(shí)現(xiàn)超高密度信息存儲(chǔ)所必需的。
實(shí)施例2.
請(qǐng)參見(jiàn)圖2。當(dāng)用高壓汞燈對(duì)DDME樣品氯仿溶液進(jìn)行照射時(shí)，溶液由黃綠色變?yōu)闊o(wú)色，對(duì)應(yīng)著樣品在430nm的紫外吸收峰由有到無(wú)，并且光照變色與溶劑的選擇無(wú)關(guān)，對(duì)于乙醇、甲苯溶液也會(huì)發(fā)生類(lèi)似的現(xiàn)象；對(duì)于不同濃度的溶液，光照時(shí)間與濃度呈正比，變色效應(yīng)不依賴(lài)于溶液濃度。同時(shí)，光照變色后，溶液在室溫下非常穩(wěn)定，證實(shí)材料分子具有良好的光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)。
實(shí)施例3.
請(qǐng)參見(jiàn)圖3。用真空蒸鍍的方法在導(dǎo)電玻璃上沉積一層DDME材料薄膜，然后在空白未沉積區(qū)域用銀膠粘上一根金絲作為下電極，最后在薄膜上壓一塊粘有金絲的石墨作為上電極。在上下兩電極施加電壓測(cè)試薄膜的I-V特性曲線(xiàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)施加薄膜兩端的電壓為1.08V時(shí)，薄膜的阻態(tài)發(fā)生躍遷，即由高阻態(tài)突然變成低阻態(tài)，且在室溫下該低阻態(tài)可保持穩(wěn)定，證實(shí)材料具有良好的電學(xué)雙穩(wěn)態(tài)。
實(shí)施例4.
請(qǐng)參見(jiàn)圖4。該圖是在DDME薄膜上實(shí)現(xiàn)的一個(gè)光學(xué)存儲(chǔ)圖案。光存儲(chǔ)時(shí)所用激光波長(zhǎng)為355nm，平均功率為316mW。由于薄膜在光照前后具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)不同的熒光性質(zhì)，可利用兩種狀態(tài)熒光強(qiáng)度的反差進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取。讀出利用熒光顯微鏡，激發(fā)波長(zhǎng)為380nm，圖中明暗對(duì)應(yīng)著照射前后熒光強(qiáng)弱不同。熒光讀出方式是一種非破壞性的讀出，反復(fù)讀取對(duì)圖案質(zhì)量無(wú)任何影響。圖4結(jié)果表明DDME是一種良好的光信息存儲(chǔ)材料。
實(shí)施例5.
請(qǐng)參見(jiàn)圖5。該圖是采用STM技術(shù)在發(fā)明材料DDME薄膜上實(shí)現(xiàn)的一個(gè)電學(xué)存儲(chǔ)圖案。在大氣條件下，通過(guò)在STM針尖和HOPG基底間施加一系列電壓脈沖，在薄膜的局域范圍內(nèi)將產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)，使得薄膜在電場(chǎng)作用區(qū)域內(nèi)的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)信息點(diǎn)陣的寫(xiě)入。圖中每個(gè)亮點(diǎn)對(duì)應(yīng)著一個(gè)信息記錄點(diǎn)，電壓脈沖為3.8V、10ms，信息點(diǎn)平均直徑為6nm，信息存儲(chǔ)密度高達(dá)1012bits/cm2以上。圖5結(jié)果表明DDME是一種良好的超高密度電學(xué)存儲(chǔ)材料。
實(shí)施例6.
當(dāng)材料分子為如下所述的化合物時(shí)，材料也同時(shí)具有與DDME類(lèi)似的光電雙穩(wěn)特性，同樣在其薄膜上可實(shí)現(xiàn)光學(xué)和電學(xué)存儲(chǔ)。制膜方法與DDME相同，當(dāng)R1、R2同時(shí)為乙基時(shí)，對(duì)應(yīng)分子結(jié)構(gòu)為 或 具體制膜蒸鍍方法為將發(fā)明材料晶粒放入陶瓷坩鍋中，在真空度為10-3～10-4Pa下加熱坩鍋，約在110～120℃將材料蒸發(fā)沉積在新剝離的高定向裂解石墨(HOPG)上。當(dāng)基底上薄膜達(dá)到所需厚度時(shí)即停止加熱，并用擋板將基片擋住，蒸發(fā)過(guò)程中基底保持室溫。
權(quán)利要求
1.一種具有光電雙響應(yīng)的功能材料的用途，其特征是所述的材料是用于制備邏輯開(kāi)關(guān)材料、電開(kāi)關(guān)材料、光學(xué)圖像材料、高密度光電信息存儲(chǔ)材料、信息處理器件材料或非線(xiàn)性光學(xué)器件的材料；所述的材料化合物分子結(jié)構(gòu)為 或 其中，R1、R2同時(shí)為C1～C6的烷基或氫原子。
2.如權(quán)利要求1所述的用途，其特征是所述的用于電開(kāi)關(guān)材料時(shí)，能實(shí)現(xiàn)納米尺度的超高密度信息存儲(chǔ)，信息點(diǎn)直徑為1～10納米，存儲(chǔ)密度高達(dá)1012bits/cm2以上。
全文摘要
本發(fā)明屬于光電材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一類(lèi)具有光電雙響應(yīng)的功能材料的用途。材料的特征在于同時(shí)具有光響應(yīng)及電響應(yīng)，即在紫外光或電場(chǎng)的誘導(dǎo)下，具有很強(qiáng)的刺激—響應(yīng)性能，因而對(duì)應(yīng)光電兩種操作模式。材料可形成大面積的晶態(tài)薄膜，并且在固體膜中具有較強(qiáng)的熒光。該材料可用于高密度信息存儲(chǔ)和信息處理器件等，應(yīng)用范圍廣。
文檔編號(hào)C09K9/02GK1676569SQ20041003072
公開(kāi)日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2004年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月1日
發(fā)明者姜桂元, 宋延林, 溫永強(qiáng), 元文芳, 江雷 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所