CN106935257B - 实现等离子体发光斑图信息存储的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种实现等离子体发光斑图信息存储的装置及方法。所述装置包括真空反应室、水电极、等离子体发生电源、边框和聚酰亚胺薄膜。聚酰亚胺薄膜紧贴在边框的一侧面，边框以及聚酰亚胺薄膜所在平面与两个水电极的轴心线垂直。聚酰亚胺薄膜与边框内的放电间隙相对，且聚酰亚胺薄膜的面积大于放电间隙边界所围的面积。闭合开关，在放电间隙内产生等离子体，所产生的等离子体对聚酰亚胺薄膜进行刻蚀，刻蚀后等离子体发光斑图轮廓即复制在聚酰亚胺薄膜上，从而实现了等离子体发光斑图信息的存储。本发明首次利用聚酰亚胺薄膜实现了等离子体发光斑图信息的存储，丰富了等离子体应用技术，为信息存储领域提供了一个新的发展方向和思路。

Description

实现等离子体发光斑图信息存储的装置及方法

技术领域

本发明涉及等离子体应用技术领域，具体地说是一种利用聚酰亚胺薄膜实现等离子体发光斑图信息存储的装置及方法。

背景技术

光子晶体又称光子禁带材料，是将两种不同介电常数的介质材料在空间按一定周期（尺寸在光波长量级）排列所形成的一种人造“晶体”结构。光子晶体的介电常数是空间的周期函数，若介电系数对光子的周期性调制足够强，在光子晶体中传播的光子能量也会有能带结构，带与带之间会出现光子“禁带”，频率落在禁带中的光子不能在晶体中传播。光子禁带的位置和形状取决于光子晶体中介质材料的折射率配比以及不同介电系数材料的空间比和“晶格”结构等。目前常规的光子晶体，一旦制作完成后，其光子禁带位置也就确定，即可选择的光波段已经确定，如果想改变禁带位置，需要重新制作晶体，很难实现对电磁波的可调性控制。

作为一种新型的光子晶体，等离子体光子晶体相比于传统光子晶体的最大特点是其结构具有时空可调性，进而使其相应的光子带隙（Band gap）可调。人们可以通过调节等离子体光子晶体的晶格常数、介电常数、晶格对称性及时间周期等，改变其能带位置和宽度，进而使频率落入该带隙的光禁止传播，实现对光频率的选择和光传播的控制。基于以上特性，近年来等离子体光子晶体在滤波器、等离子体天线、光开关以及等离子体隐身等众多电磁波控制领域具有广泛的应用，受到人们的广泛关注。

等离子体光子晶体由等离子体发光斑图及气体交替排列构成，等离子体发光斑图即对应等离子体通道处。在先专利ZL200610102333.0中实现了由粗细等离子体通道及气体（即未放电区域处的气体）自组织形成的等离子体光子晶体；在先专利ZL201010523218.7中实现了由等离子体柱、等离子体片及气体（对应未放电区域）形成的等离子体光子晶体。但是，现有专利仅仅是实现了等离子体光子晶体的产生，并未能实现等离子体发光斑图信息的存储。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种实现等离子体发光斑图信息存储的装置，通过该装置可实现等离子体发光斑图在信息存储方面的应用，进而丰富了等离子体应用技术。

本发明的目的之二就是提供一种实现等离子体发光斑图信息存储的方法，通过该方法可实现等离子体发光斑图在信息存储方面的应用，进而丰富了等离子体应用技术。

本发明的目的之一是这样实现的：一种实现等离子体发光斑图信息存储的装置，包括真空反应室、设置在所述真空反应室内的两个水电极以及与所述水电极电连接的等离子体发生电源；在两个所述水电极之间设置有与两个所述水电极轴心线垂直的边框，所述边框的内沿构成放电间隙边界；在所述边框的一侧紧贴有聚酰亚胺薄膜，所述聚酰亚胺薄膜与边框内的放电间隙相对，且所述聚酰亚胺薄膜的面积大于放电间隙边界所围的面积。

优选的，在所述边框的另一侧也紧贴有聚酰亚胺薄膜。

优选的，所述边框为固体边框，在所述固体边框的内部区域设置有若干呈矩阵式排列的通孔，相邻两个通孔之间由固体棱隔开。

优选的，在所述固体边框的内部区域设置有16个大小相等、边长为8mm的正方形通孔。

优选的，所述固体边框的厚度为1.6mm~3mm；相邻两个正方形通孔之间的固体棱的宽度为2mm。

优选的，在所述真空反应室内注有放电气体，所述放电气体为气压可调的空气；所述真空反应室内放电气体的气压为0.1~1个标准大气压。

本发明通过在两个水电极之间设置边框，并在边框一侧紧贴聚酰亚胺薄膜，聚酰亚胺薄膜与边框内的放电间隙相对，且聚酰亚胺薄膜的面积大于放电间隙边界所围的面积。当等离子体发生电源的电压一定时，会在两个水电极之间的放电间隙内产生放电丝，这些放电丝自组织形成有序排列的等离子体通道，这些强度、直径不同的等离子体通道构成含有子结构的等离子体发光斑图（简称斑图）。由于聚酰亚胺薄膜所在平面与等离子体通道方向垂直，因此等离子体通道中的高能量活化自由基便垂直轰击（或刻蚀）聚酰亚胺薄膜表面，破坏其主链上的共轭芳环结构。聚酰亚胺薄膜上被刻蚀的位置处具有了透明化的效果，且刻蚀位置的选择是由等离子体发光斑图中子结构的位置决定的，因而等离子体发光斑图的轮廓形态便被复制在聚酰亚胺薄膜上，也就实现了将等离子体发光斑图信息存储在聚酰亚胺薄膜上。

本发明的目的之二是这样实现的：一种实现等离子体发光斑图信息存储的方法，包括如下步骤：

a、设置一个真空反应室，并在所述真空反应室内安装两个水电极，同时将所述水电极与等离子体发生电源电连接；

b、在两个所述水电极之间设置一边框，所述边框所在平面与两个所述水电极的轴心线垂直；所述边框内沿构成放电间隙边界；

c、在所述边框的一侧紧贴聚酰亚胺薄膜，所述聚酰亚胺薄膜与边框内的放电间隙相对，且所述聚酰亚胺薄膜的面积大于放电间隙边界所围的面积；

d、闭合开关，等离子体发生电源作用于两个所述水电极，在两个所述水电极之间边框的放电间隙内产生等离子体；

e、所产生的等离子体对边框一侧的聚酰亚胺薄膜进行刻蚀，刻蚀后等离子体发光斑图轮廓即复制在聚酰亚胺薄膜上，从而实现了等离子体发光斑图信息的存储。

使刻蚀后的聚酰亚胺薄膜再次紧贴在边框一侧，闭合开关，再次放电形成的等离子体发光斑图与聚酰亚胺薄膜上的等离子体发光斑图一致；且通过调节使放电气体气压在0.1个标准大气压范围内增减，所形成的等离子体发光斑图不变。

优选的，在所述真空反应室内注有放电气体，所述放电气体为气压可调的空气；所述真空反应室内放电气体的气压为0.1~1个标准大气压。

优选的，步骤b中所述边框为固体边框，在所述固体边框的内部区域设置有若干呈矩阵式排列的通孔，相邻两个通孔之间由固体棱隔开。

本发明所提供的实现等离子体发光斑图信息存储的方法中，在放电气体气压和电源电压一定的情况下，通过控制等离子体刻蚀聚酰亚胺薄膜的时间，可调节等离子体刻蚀的效果。刻蚀时间越长，刻蚀效果越明显，聚酰亚胺薄膜上斑图的轮廓越清晰。聚酰亚胺薄膜经等离子体刻蚀后，表面被复制上斑图轮廓，实质上其被刻蚀位置处的介电常数发生了变化（即变小了）。当用刻蚀后的聚酰亚胺薄膜再一次放电时，刻蚀处较其他位置更容易产生放电，即刻蚀后的薄膜具有了记忆效应。

本发明首次利用聚酰亚胺薄膜实现了等离子体发光斑图信息的存储。在放电气体气压和电源电压一定的情况下，放电间隙产生稳定的等离子体发光斑图。等离子体通道中的高能量活化自由基便垂直轰击聚酰亚胺薄膜表面，破坏其主链上的共轭芳环结构。第一次刻蚀后，棕黄色的聚酰亚胺薄膜上被刻蚀的位置处具有了透明化的效果，斑图的轮廓形态被复制在聚酰亚胺薄膜上。将一次刻蚀后的聚酰亚胺薄膜与边框再次紧贴并放电产生等离子体，则斑图复现。且在一定范围内改变气压值，斑图不发生变化。同时两次刻蚀均在同一位置，进一步加深了刻蚀效果。

通过本发明实现了等离子体发光斑图信息存储，丰富了等离子体应用技术，为信息存储领域提供了一个新的发展方向和思路。

附图说明

图1是本发明中实现等离子体发光斑图信息存储的装置的结构示意图。

图2中，图2（a）是边框的正视图，图2（b）是聚酰亚胺薄膜的正视图，图2（c）是聚酰亚胺薄膜贴附在边框侧面后的正视图。

图3中，图3（a）是第一次放电所形成的等离子体发光斑图的照片图，图3（b）是等离子体第一次刻蚀聚酰亚胺薄膜后在薄膜上形成的具有等离子体发光斑图轮廓的照片图。

图4中，图4（a）是第二次放电所形成的等离子体发光斑图的照片图，图4（b）是等离子体第二次刻蚀聚酰亚胺薄膜后在薄膜上形成的具有等离子体发光斑图轮廓的照片图。

图中：1、真空反应室，2、水电极，3、玻璃挡片，4、铜环，5、等离子体发生电源，6、进气口，7、出气口，8、边框，9、通孔，10、聚酰亚胺薄膜。

具体实施方式

实施例1，一种实现等离子体发光斑图信息存储的装置。

如图1所示，本发明所提供的实现等离子体发光斑图信息存储的装置包括真空反应室1、水电极2、等离子体发生电源5、边框8和聚酰亚胺薄膜10。

真空反应室1是一个横置的圆筒形结构，在真空反应室1中对称设置两个密闭电介质容器，在密闭电介质容器内注水，构成两个极板相对的水电极2。两个水电极2与真空反应室1外的等离子体发生电源5电连接。水电极2也可采用有机玻璃管、两端用玻璃挡片3封住，注满水并内置铜环4，使等离子体发生电源5的两个电极分别通过电源线连接两个铜环4。玻璃挡片3的厚度在1.5mm~5mm之间，作为放电介质。在真空反应室1的壁体上开有进气口6和出气口7。

聚酰亚胺薄膜10紧贴在边框8的一侧，也可以在边框8的两侧都设置聚酰亚胺薄膜。边框8以及其侧部的聚酰亚胺薄膜10两者位于两个水电极2之间，即：聚酰亚胺薄膜10的一侧面紧贴边框8的一个侧面，聚酰亚胺薄膜10的另一侧面紧贴水电极2的一个端面（图1中边框8和聚酰亚胺薄膜10与水电极2分离是为了方便观察）。边框8和聚酰亚胺薄膜10所在的平面与两个水电极2的轴心线垂直。

本实施例中边框8为固体边框，在固体边框的内部区域设置有四排四列的16个正方形通孔9，每一个通孔9的边长均为8mm，每两个相邻通孔9之间的棱宽为2mm。边框8外沿的形状不限，可以为圆形、方形等。边框8内沿所围区域构成两个水电极2之间的放电间隙，即边框8内沿为放电间隙边界。本实施例中放电发生在边框8内的16个通孔9内。

图2（a）是本实施例中边框的正视图，图2（b）是本实施例中聚酰亚胺薄膜的正视图，聚酰亚胺薄膜厚度约为50μm，图2（c）是聚酰亚胺薄膜贴附在边框侧面后的正视图。聚酰亚胺薄膜与边框内的放电间隙相对，且聚酰亚胺薄膜的面积大于放电间隙边界所围的面积。放电间隙正对两个水电极2，且放电间隙边界所围面积小于水电极2的横截面面积（即端面积）。边框总面积大于水电极2的横截面面积。边框的厚度一般为1.6mm~3mm，优选的，边框的厚度为2mm；本实施例中边框的材料可以为亚克力。

通过进气口6可向真空反应室1内注放电气体，本实施例中放电气体为空气。放电气体的气压可调，一般控制放电气体的气压为0.1~1个标准大气压。等离子体发生电源5的电压幅度在3~6kV之间，频率为49~60kHz。打开等离子体发生电源5的开关，调节电压、气压至合适值，即可在两个水电极2之间的放电间隙内产生等离子体，并形成等离子体发光斑图。

放电间隙内的等离子体会垂直轰击聚酰亚胺薄膜10，即等离子体会对聚酰亚胺薄膜10进行刻蚀。等离子体对聚酰亚胺薄膜10进行刻蚀的过程中，即可将等离子体发光斑图复制在聚酰亚胺薄膜10上，从而实现了等离子体发光斑图信息的存储。

实施例2，实现等离子体发光斑图信息存储的方法。

本发明所提供的实现等离子体发光斑图信息存储的方法包括如下步骤：

a、设置一个真空反应室1，在真空反应室1的壁体上开设进气口6和出气口7，并在真空反应室1内安装两个极板相对的水电极2。水电极2采用两边用玻璃挡片3封住并注满水的有机玻璃管，并内置铜环4与真空反应室1外的等离子体发生电源5电连接。

b、在两个水电极2之间设置厚度为2mm的边框8，边框8为亚克力材料，边框8所在平面与两个水电极2的轴心线垂直。在边框8内设有四排四列共16个正方形通孔9，通孔9的边长为8mm，相邻两个通孔9之间的棱宽为2mm。边框8内的通孔9构成放电间隙，边框8内沿为放电间隙边界。放电间隙正对两个水电极2，放电间隙边界所围的面积小于水电极2的端面面积，边框8总面积大于水电极2的端面面积。

c、在边框8的一侧紧贴聚酰亚胺薄膜10（颜色为棕黄色），聚酰亚胺薄膜10正对放电间隙，聚酰亚胺薄膜10的面积大于放电间隙边界所围的面积。

d、通过进气口 6向真空反应室 1 内通入放电气体，放电气体为空气。具体地，调至可以产生稳定斑图的气压，本实施例中确定放电气体气压P=0.3atm。闭合开关，等离子体发生电源5作用于两个水电极2，调节等离子体发生电源5的电压幅度为4.72kV，放电频率为53kHz即可在两个水电极2之间的放电间隙内产生等离子体发光斑图。斑图中等离子体通道内的等离子体对聚酰亚胺薄膜进行刻蚀。在放电气体气压和电源电压一定的情况下，通过控制等离子体刻蚀聚酰亚胺薄膜的时间，可调节等离子体刻蚀的效果。刻蚀后即在聚酰亚胺薄膜上形成了等离子体发光斑图。如图3所示，图3（a）为在放电间隙内所产生的等离子体发光斑图照片图，图3（b）是等离子体刻蚀聚酰亚胺薄膜后在薄膜上形成的具有等离子体发光斑图轮廓的照片图，由图3可以看出，通过等离子体刻蚀，可使等离子体发光斑图轮廓复制到聚酰亚胺薄膜上。

e、使被刻蚀过一次的聚酰亚胺薄膜再次与边框紧贴在一起，并闭合开关在放电间隙内再次放电产生等离子体，此时，与聚酰亚胺薄膜上被刻蚀过的位置相对应的放电间隙内相比较其他位置更容易产生放电，因此所形成的等离子体与第一次放电时所形成的等离子体一致，也即所形成的等离子体发光斑图一致，表明了刻蚀过一次的聚酰亚胺薄膜具有了记忆效应。而且，再次放电时可以调节放电气体气压在一定范围内变化（在第一次放电气体气压的基础上增大或减小气压值不超过0.1atm），所形成的等离子体发光斑图不变。

再次放电所形成的等离子体对聚酰亚胺薄膜进行刻蚀，此次刻蚀后等离子体发光斑图的轮廓更加清晰，具体见图4。图4（a）是第二次所形成的等离子体发光斑图的照片图，与图3（a）相似；图4（b）是第二次刻蚀后聚酰亚胺薄膜上所形成的等离子体发光斑图的轮廓照片图，显然，图4（b）比图3（b）中斑图的轮廓更清晰。

聚酰亚胺薄膜经等离子体刻蚀后，表面被复制上斑图轮廓，且被刻蚀位置处的介电常数变小了，薄膜的透光率增加了。未经刻蚀过的聚酰亚胺薄膜的透光波段在480~800nm范围内，而被等离子体刻蚀过的聚酰亚胺薄膜在300~480nm波段的透光率从无到有，刻蚀次数增多，或者刻蚀时间增长，透光率会增加。

本发明首次利用聚酰亚胺薄膜实现了等离子体发光斑图信息的存储。在放电气体气压和电源电压一定的情况下，在放电间隙内产生稳定的等离子体发光斑图。等离子体通道中的高能量活化自由基可垂直轰击聚酰亚胺薄膜表面，破坏薄膜主链上的共轭芳环结构。聚酰亚胺薄膜第一次被刻蚀后，其上被刻蚀的位置处具有了透明化的效果，斑图的轮廓形态被复制在聚酰亚胺薄膜上。将刻蚀后的聚酰亚胺薄膜与边框再次结合并放电，斑图复现。且在一定范围内改变气压值，斑图不发生变化。同时两次刻蚀均在同一位置，进一步加深了刻蚀效果。通过本发明实现了等离子体发光斑图信息的存储，丰富了等离子体应用技术，为信息存储领域提供了一个新的发展方向和思路。

Claims (8)

1.一种实现等离子体发光斑图信息存储的装置，包括真空反应室、设置在所述真空反应室内的两个水电极以及与所述水电极电连接的等离子体发生电源；水电极采用有机玻璃管、两端用玻璃挡片封住，注满水并内置铜环；等离子体发生电源的两个电极分别通过电源线连接两个铜环；在真空反应室的壁体上开有进气口和出气口；其特征是，在两个所述水电极之间设置有与两个所述水电极轴心线垂直的边框，所述边框的内沿构成放电间隙边界；所述边框为固体边框，在所述固体边框的内部区域设置有若干呈矩阵式排列的通孔，相邻两个通孔之间由固体棱隔开；在所述边框的至少一侧紧贴有聚酰亚胺薄膜，所述聚酰亚胺薄膜与边框内的放电间隙相对，且所述聚酰亚胺薄膜的面积大于放电间隙边界所围的面积。

2.根据权利要求1所述的实现等离子体发光斑图信息存储的装置，其特征是，在所述固体边框的内部区域设置有16个大小相等、边长为8mm的正方形通孔。

3.根据权利要求2所述的实现等离子体发光斑图信息存储的装置，其特征是，所述固体边框的厚度为l.6mm~3mm；相邻两个正方形通孔之间的固体棱的宽度为2mm。

4.根据权利要求1所述的实现等离子体发光斑图信息存储的装置，其特征是，在所述真空反应室内注有放电气体，所述放电气体为气压可调的空气；所述真空反应室内放电气体的气压为0.1~1个标准大气压。

5.一种实现等离子体发光斑图信息存储的方法，其特征是，包括如下步骤：

a、设置一个真空反应室，并在所述真空反应室内安装两个水电极，同时将所述水电极与等离子体发生电源电连接；

b、在两个所述水电极之间设置一边框，所述边框所在平面与两个所述水电极的轴心线垂直；所述边框内沿构成放电间隙边界；

c、在所述边框的一侧紧贴聚酰亚胺薄膜，所述聚酰亚胺薄膜与边框内的放电间隙相对，且所述聚酰亚胺薄膜的面积大于放电间隙边界所围的面积；

d、闭合开关，等离子体发生电源作用于两个所述水电极，在两个所述水电极之间边框的放电间隙内产生等离子体；

e、所产生的等离子体对边框一侧的聚酰亚胺薄膜进行刻蚀，刻蚀后等离子体发光斑图轮廓即复制在聚酰亚胺薄膜上，从而实现了等离子体发光斑图信息的存储。

6.根据权利要求5所述的实现等离子体发光斑图信息存储的方法，其特征是，在所述真空反应室内注有放电气体，所述放电气体为气压可调的空气；所述真空反应室内放电气体的气压为0.1~1个标准大气压。

7.根据权利要求5所述的实现等离子体发光斑图信息存储的方法，其特征是，使刻蚀后的聚酰亚胺薄膜再次紧贴在边框一侧，闭合开关，再次放电形成的等离子体发光斑图与聚酰亚胺薄膜上的等离子体发光斑图一致；且通过调节使放电气体气压在0.1个标准大气压范围内增减，所形成的等离子体发光斑图不变。

8.根据权利要求5所述的实现等离子体发光斑图信息存储的方法，其特征是，步骤b中所述边框为固体边框，在所述固体边框的内部区域设置有若干呈矩阵式排列的通孔，相邻两个通孔之间由固体棱隔开。