CN100428349C - 光致变色二芳烯化合物的新用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了光致变色二芳烯化合物的新用途。本发明发明人通过实验证实，以光致变色二芳烯化合物为掩膜层的近场超分辨率光存储光盘具有存储密度高，记录信息尺寸小等优点，实现超分辨近场光存储，应用前景广阔。

Description

光致变色二芳烯化合物的新用途

技术领域

本发明涉及光致变色二芳烯化合物的新用途，特别是涉及光致变色二芳烯化合物在近场超分辨率光存储上的应用。

背景技术

随着计算机和互联网的不断发展，管理数据和大容量数据存储的需求呈指数倍地连续增长，从而对高密度大容量光盘的需要也越来越迫切。对于光盘的光学数字存储，理论上的衍射极限0.6λ/NA决定了记录点尺寸的最小值，其中λ是记录激光的波长，NA是与记录仪器系统相关的数值孔径。目前，为了减小记录点的尺寸，增加记录信息的密度，来满足日益增长的对大容量数据存储的需求，大量的工作集中在对激光器和仪器系统的改造上，减小记录激光的波长和增加系统的数值孔径NA，以减小衍射极限，获得小尺寸记录点和较高的记录密度。以上方面已经取得了很多成绩，但是受到仪器精度和系统本身的影响，改进的空间已经很小，所以将其应用于实际生产还存在诸多困难。

近场超分辨光存储光盘采用多层膜技术，在光盘的记录层和保护层之间加入一层掩膜层，不需要改变激光光源和光学系统，就可以达到超分辨记录效果，得到小尺寸记录光斑，从而提高存储密度，这是一项非常实用的技术。该光盘结构示意图如图1所示，图中11为记录层，其厚度常在80-120nm左右；12为掩膜层，其厚度常在50-250nm左右；13为保护层，其厚度常在20-50nm左右。目前，常用的记录层材料为PdOx，常用保护层材料为ZnS-SiO₂，常用掩膜层材料为Sb、GeSbTe、AgOx。这些掩膜层材料多为无机材料，熔化阈值高且透光性差，所制备的光盘需要用较高功率的激光进行写入和读出，这增加了制备激光器的难度，而且掩膜较差的透光性导致了较低的信噪比，直接影响了读出效果。

光致变色二芳烯化合物是一类特殊的化合物，该化合物在紫外或可见光的照射下会发生分子结构变换。该类化合物主要有如下几种：

一、全氟环戊烯类二芳烯

结构分别如式I/A，式I/B，式I/C的全氟环戊烯类二芳烯(Fan Sun；Fushi Zhang；Tetrahedron.2003，59，7615-7621)，其在不同光下结构变换如下：

(式I/A)

(式I/B)

(式I/C)

二、杂原子环戊烯类二芳烯

结构分别如式II/A，式II/B，式II/C的杂原子环戊烯类二芳烯(Lucas，L；Esch，J；Chemcommun 1998，2313)，其在不同光下结构变换如下：

(式II/A)

(式II/B)

(式II/C)

三、马来酸酐类二芳烯

结构分别如式III/A，式III/B，式III/C的马来酸酐类二芳烯(Nakayama，Y；Hayashi，K；J.org.Chem.1990，55，2592)，其在不同光下结构变换如下：

(式III/A)

(式III/B)

(式III/C)

四、双氰基类二芳烯

结构分别如式IV/A，式IV/B，式IV/C的双氰基类二芳烯(Irie，M；Mohri，M.J.Org.Chem.1988，53，803)，其在不同光下结构变换如下：

(式IV/A)

(式IV/B)

(式IV/C)

在上述化合物中，R₁、R₂和R₃可选自下述结构：

在以上结构中，主要为一些含有大环共轭结构的有机化合物，每种化合物可以有2-3种不同的取代位点；以及含有长链共轭结构的取代基团。R₁、R₂和R₃是这些含有共轭结构的化合物、取代基团，或者它们的组合。

发明内容

本发明的目的是提供光致变色二芳烯化合物的新用途。

本发明发明人通过实验证实，以光致变色二芳烯化合物为掩膜层的近场超分辨率光存储光盘具有存储密度高，记录信息尺寸小等优点，实现超分辨近场光存储，应用前景广阔。

一种近场超分辨率光存储光盘，包括记录层，掩膜层和保护层，其中，掩膜层是由光致变色二芳烯化合物分散在聚合物所形成的薄膜。

上述光盘是按如下步骤制备的：

1)将光致变色二芳烯化合物溶解在有机溶剂中，加入聚合物，溶解分散均匀后涂覆在光盘盘片上，形成均匀薄膜；

2)在薄膜上制备记录层，得到所述近场超分辨率光存储光盘。

其中，常用有机溶剂有氯仿、二氯甲烷、丙酮等。常用聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、聚乙烯醇(PVA)等，优选为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。在制备过程中，光致变色二芳烯化合物与聚合物的质量比为1∶3-6，优选为1∶5。

在本发明中，基本上所有的光致变色二芳烯化合物均可以作为掩膜层，优选为全氟环戊烯类二芳烯、杂原子环戊烯类二芳烯、马来酸酐类二芳烯、双氰基类二芳烯；更优选的，光致变色二芳烯化合物为全氟环戊烯类二芳烯，其侧基为菲代基团、酯基、羧基、醛酮基团时效果更好。

本发明首次将光致变色二芳烯化合物薄膜作为掩膜层用于近场超分辨率光存储光盘中，得到了超衍射极限的小尺寸记录信息，不需要改变激光光源和光学系统，即可达到了超分辨效果，与现行写入和读出系统兼容性好；同时，还大大降低了写入和读出的激光功率，应用前景广阔。

附图说明

图1为近场超分辨光存储光盘的结构示意图；

图2A、图2B分别为实施例1无掩膜和有掩膜盘片光记录结果；

图3A、图3B分别为实施例2无掩膜和有掩膜盘片光记录结果；

图4A、图4B分别为实施例3无掩膜和有掩膜盘片光记录结果；

图5A、图5B分别为实施例4无掩膜和有掩膜盘片光记录结果；

图6A、图6B分别为实施例5无掩膜和有掩膜盘片光记录结果；

图7A、图7B、图7C分别为实施例6中聚合物为PMMA、NMP和PVA时盘片光记录结果。

具体实施方式

实施例1、全氟二芳烯制备近场超分辨光存储光盘

将16mg全氟环戊烯类二芳烯化合物1a(见下式)溶解在1ml氯仿中，再加入80mg固体PMMA，放入超声波振荡器中振荡10分钟，确保固体物质全部溶解。用注射器吸取定量上述液体，滴在PC光盘片上，用旋涂的方法在基片上旋涂一层均匀的薄膜，厚度为250nm，此层膜作为掩膜层。在其上用同样的办法再涂上一层厚度为200nm的薄膜，该薄膜中以全氟二芳烯1b(见下式)作为记录层材料，所用聚合物还是PMMA，作为记录层，即得到近场超分辨光存储光盘。

作为对照，直接在PC光盘片上涂上一层厚度为200nm的薄膜(该薄膜中以1b作为记录层材料，所用聚合物还是PMMA)，作为记录层，得到对照盘片。

将光盘在固定的激光器下(λ＝690nm，光斑直径1.6μm)，匀速移动样片，得到线型的记录光斑，光斑的宽度就是就是记录线宽。对照盘片和近场超分辨光存储光盘上的记录结果分别如图2A和图2B所示。结果表明，对照盘片上的记录光斑直径为1.6μm，而近场超分辨光存储光盘上的记录光斑直径为0.5μm，说明涂有光致变色二芳烯掩膜的光盘记录光斑较无掩膜样片的记录光斑小，存储密度变为原来的9倍。

而且，在本实施例中因为所采用记录层材料为光致变色化合物，读出方法需要借助光学显微镜，所以可观测的最小尺寸受到光学衍射极限的影响，其值在0.5μm左右。所以增加全氟二芳烯光孔径掩膜后，得到的记录光斑尺寸已经接近了衍射极限，达到了准超分辨率存储。

实施例2、全氟二芳烯制备近场超分辨光存储光盘

采用与实施例1同样的方法在玻璃盘片上制作掩膜层，然后，在其上采用热致形变型材料庚烷氧基铜酞菁作为记录层材料制作记录层，得到近场超分辨光存储光盘。

作为对照，直接在玻璃盘片上采用热致形变型材料庚烷氧基铜酞菁作为记录层材料制作记录层，得到对照盘片。

将光盘在固定的激光器下(λ＝690nm，光斑直径1.6μm)，匀速移动样片，得到线型的记录光斑，光斑的宽度就是就是记录线宽。对照盘片和近场超分辨光存储光盘上的记录结果在扫描电子显微镜下观测图分别如图3A和图3B所示。结果表明，无掩膜情况下的对照盘片，记录尺寸为1500nm，有掩膜的情况下记录尺寸为50nm。通过对比可知掩膜层极大缩小了记录尺寸，与没有掩膜的情况相比，缩小程度超过了90％，从而掩膜层可以大大缩小记录信息的尺寸，增加光盘的存储密度。

实施例3、以杂原子环戊烯类二芳烯为掩膜层材料的光盘近场光存储对比实验

在杂原子环戊烯类二芳烯分子中，作为示例，以2a分子(见下式)为掩膜层材料，1b分子为记录层材料，采用与实施例1同样的办法，制备含有杂原子环戊烯类二芳烯掩膜的盘片，和不含有掩膜的盘片，进行存储对比实验。所得结果分别如图4A和图4B所示。

结果表明，没有掩膜时，线斑的记录尺寸是1.7μm，加入含有杂原子环戊烯类二芳烯掩膜后，存储尺寸变为1.2μm，可以看到这类光致变色化合物可以有效减小记录信息尺寸，增加存储密度。

实施例4、以马来酸酐类二芳烯为掩膜层材料的光盘近场光存储对比实验

在马来酸酐类二芳烯分子中，作为示例，采用3a分子(见下式)为掩膜层材料，1b分子为记录层材料，采用与实施例1同样的办法，制备含有马来酸酐类二芳烯掩膜的盘片，和不含有掩膜的盘片，进行存储对比实验。所得结果分别如图5A和图5B所示。

结果表明，没有掩膜时，线斑的记录尺寸是1.6μm，加入含有马来酸酐类二芳烯掩膜后，存储尺寸变为0.9μm，可以看到这类光致变色化合物可以有效减小记录信息尺寸，增加存储密度。

实施例5、以双氰基类二芳烯为掩膜层材料的光盘近场光存储对比实验

在双腈基类二芳烯分子中，作为示例，采用4a分子(见下式)为掩膜层材料，1b分子为记录层材料，采用与实施例1同样的办法，制备含有双腈基类二芳烯掩膜的盘片，和不含有掩膜的盘片，进行存储对比实验。所得结果分别如图6A和6B所示。

结果表明，没有掩膜时，线斑的记录尺寸是1.6μm，加入含有双氰基类二芳烯掩膜后，存储尺寸变为1.0，可以看到这类光致变色化合物可以有效减小记录信息尺寸，增加存储密度。

实施例6、不同聚合物对存储结果的影响

采用与实施例1同样的办法，在制备掩膜层时，采用不同的聚合物：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)和聚乙烯醇(PVA)，比较得到的不同存储结果，结果分别如图7A、7B和7C所示。

结果表明，用不同的聚合物制备掩膜层，得到的存储结果都在1.0左右，小于没有掩膜的存储结果1.6μm，所以这些聚合物都可以用来制备掩膜层和记录层。但PMMA的掩膜层效果最好，分辨率最佳。

Claims (8)

1、一种近场超分辨率光存储光盘，包括记录层，掩膜层和保护层，其特征在于：所述掩膜层是由光致变色二芳烯化合物分散在聚合物或N-甲基吡咯烷酮中所形成的薄膜；所述光致变色二芳烯化合物与聚合物或N-甲基吡咯烷酮的质量比为1∶6-1∶3。

2、根据权利要求1所述的近场超分辨率光存储光盘，其特征在于：所述光盘是按如下步骤制备的：

1)将光致变色二芳烯化合物溶解在有机溶剂中，加入聚合物，溶解分散均匀后涂覆在光盘盘片上，形成均匀薄膜；

2)在薄膜上制备记录层，得到所述近场超分辨率光存储光盘。

3、根据权利要求2所述的近场超分辨率光存储光盘，其特征在于：所述有机溶剂为氯仿、二氯甲烷或丙酮。

4、根据权利要求1或2所述的近场超分辨率光存储光盘，其特征在于：所述聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯醇。

5、根据权利要求4所述的近场超分辨率光存储光盘，其特征在于：所述聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯。

6、根据权利要求1或2或3所述的近场超分辨率光存储光盘，其特征在于：所述光致变色二芳烯化合物与聚合物或N-甲基吡咯烷酮的质量比为1∶5。

7、根据权利要求1或2或3所述的近场超分辨率光存储光盘，其特征在于：所述掩膜层光致变色二芳烯化合物为全氟环戊烯类二芳烯、杂原子环戊烯类二芳烯、马来酸酐类二芳烯或双氰基类二芳烯。

8、根据权利要求7所述的近场超分辨率光存储光盘，其特征在于：所述掩膜层光致变色二芳烯化合物为全氟环戊烯类二芳烯，其侧基为菲代基团、酯基、羧基或醛酮基团。

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