CN110452403B - 一种柔性纳米复合全息存储薄膜、薄膜制备方法及应用 - Google Patents

一种柔性纳米复合全息存储薄膜、薄膜制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

一种柔性纳米复合全息存储薄膜、薄膜制备方法及应用涉及全息存储技术领域，解决了不具有能进行信息存储的柔性器件的制备方法的问题，步骤为：制备AgNO3溶液和PVA溶液并以1∶1‑1.4体积比混合得到AgNO3/PVA混合溶液；制备PH值为8‑9的单宁酸溶液，混合单宁酸溶液和AgNO3/PVA混合溶液，得到AgNO3/PVA/TA混合溶液；取AgNO3/PVA/TA混合溶液滴涂在可弯折且无色的塑料衬底上，并加热塑料衬底至成膜且实现Ag+向Ag NPs的转变，得到柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜。本发明制备方法简单且成本低廉、能得到衍射效率高、吸收度高且适用全息存储的柔性薄膜。

Description

一种柔性纳米复合全息存储薄膜、薄膜制备方法及应用
技术领域
本发明涉及全息存储技术领域，具体涉及一种柔性纳米复合全息存储薄膜、薄膜制备方法及应用。
背景技术
在未来可穿戴医疗、电子皮肤、智能机器人等领域，柔性电子技术具有广阔的应用前景，得到了学术界和业界的广泛关注和研究。在柔性电子系统中，柔性存储器是其重要的组成部分，信息数据存储方式也发生了转变。目前存储技术分为三个主要方面：半导体存储、磁存储以及光存储。作为光存储中的一种特殊存储方式——全息存储，由于其存储的物理机制不同，突破了传统光存储的存储极限，以其高容量、高密度、低功耗、抗干扰等特点，成为新的一种存储方式，受到科学家们的广泛关注与研究。信息存储量每一次飞跃增长，依赖于信息存储媒介的更新换代，制备高性能、低功耗和价格低廉的薄膜材料需要科学家们的进一步研发。
目前全息存储研究中存储介质体系大多是铌酸锂晶体、光聚物、偶氮染料等纯无机体系或者纯有机体系。无机体系硬度大、拉伸能力弱，无法实现柔性存储；有机体系热稳定性差，难于永久存储。因此，如何在柔性器件实现全息存储，已成为柔性电子器件研发的一大难题。现今所制备的柔性器件的全息存储衍射效率低、吸收度低、存储效果差，因此需要研发一种制备方法以制备出全息存储中衍射效率高、吸收度高的柔性器件。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种柔性纳米复合全息存储薄膜的制备方法和应用该方法所制备的薄膜。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种柔性纳米复合全息存储薄膜的制备方法，包括如下步骤：
S1、制备硝酸银溶液和聚乙烯醇溶液，将硝酸银溶液和聚乙烯醇溶液以1∶1-1.4的体积比混合，得到AgNO3/PVA混合溶液；
S2、制备单宁酸溶液，调节单宁酸溶液的酸碱度至PH值为8-9，混合AgNO3/PVA混合溶液和调节后的单宁酸溶液，得到AgNO3/PVA/TA混合溶液；
S3、取AgNO3/PVA/TA混合溶液，滴涂在可弯折的且无色的塑料衬底上，对滴涂了AgNO3/PVA/TA混合溶液的塑料衬底进行加热使滴涂的AgNO3/PVA/TA混合溶液成膜且实现Ag+向Ag NPs的转变，得到柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜。
采用一种柔性纳米复合全息存储薄膜的制备方法所制备的柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜。
柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜在全息存储中的应用。
本发明的有益效果是：
本发明的一种柔性纳米复合全息存储薄膜的制备方法通过采用塑料衬底，所得薄膜抗弯折能力强，实现全息存储在柔性器件的突破。在S2中制备单宁酸溶液，并混合到AgNO3/PVA混合溶液中，将电子给体单宁酸引入Ag/PVA系统，PVA和TA共同为Ag+的还原过程提供足够的光生电子，也就是说单宁酸分子进一步为Ag离子提供充足的电子，实现Ag离子向Ag纳米粒子的转变，转变更快，因此提高所得薄膜的衍射效率、增强所得薄膜的共振吸收现象、扩大所得薄膜的光学响应范围、加快所得薄膜的存储速度。S3中通过加热提高制膜效率、实现Ag+向Ag NPs的转变。同时该方法的制备过程简单，且成本低廉，实现了柔性全息存储。本发明的柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜在全息存储中衍射效率高、吸收度高，适合应用在在全息存储中，实现在柔性器件的进行信息存储的突破。
附图说明
图1为本发明一种柔性纳米复合全息存储薄膜的制备方法的流程图。
图2为柔性TA薄膜、柔性Ag/PVA纳米复合薄膜和柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜的吸收光谱图。
图3为柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜的在位吸收图。
图4为全息存储过程中柔性Ag/PVA纳米复合薄膜与柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜在405nm波长激光写入下的全息光栅的生长动力学曲线图。
图5为本发明柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜应用于柔性全息存储中的全息存储图像。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
一种柔性纳米复合全息存储薄膜的制备方法，如图1，包括如下步骤：
S1、制备硝酸银溶液和聚乙烯醇溶液，将硝酸银溶液和聚乙烯醇溶液混合，其中硝酸银溶液和聚乙烯醇溶液的体积比为1∶1-1.4，混合后得到AgNO3/PVA混合溶液。
硝酸银溶液和聚乙烯醇溶液的体积比比值范围为1∶1～1∶1.4，优选的是1∶1。
S1的具体过程为：称取0.85g的硝酸银(AgNO3)固体颗粒，将其溶于50mL的纯水中，待搅拌均匀后，加入1mL的无水乙醇，待搅拌均匀后，得到0.1mol/L硝酸银溶液；称取0.178g的聚乙烯醇(PVA)固体颗粒放于烧杯中，放入10mL的纯水，将PVA溶于10mL的纯水中，将烧杯放入水浴锅，80℃下水浴加热2h，通过水浴加热增加PVA的溶解，水浴加热的同时进行搅拌，得到0.4mol/L聚乙烯醇溶液；将AgNO3溶液和PVA溶液按照体积比1:1的比例进行混合，搅拌均匀后得到AgNO3/PVA混合溶液。
S2、制备单宁酸溶液，调节单宁酸溶液的酸碱度至PH值为8-9，取调节后的单宁酸溶液、取S1制备的AgNO3/PVA混合溶液，将两者混合，得到AgNO3/PVA/TA混合溶液。
S2的具体过程为：称取0.1361g单宁酸(TA)固体粉末，将其溶于40mL的纯水中，放在磁力搅拌器上搅拌均匀20分钟，通常搅拌时间超过15分钟，搅拌至搅拌均匀，得到单宁酸溶液；称取0.1gK2CO3固体颗粒，将其溶于80mL的纯水中，搅拌均匀后，得到K2CO3溶液。少量多次的逐渐将K2CO3溶液加入单宁酸溶液中并搅拌，加入K2CO3固体颗粒用于调节单宁酸溶液的酸碱度，可利用PH试纸测量溶液PH值，直至单宁酸溶液的PH值达到8～9为止，本实施方式中得到PH值为8.5的单宁酸溶液，即为得到调节后的单宁酸溶液。取少量调节后的单宁酸溶液滴入到AgNO3/PVA混合溶液，调节后的单宁酸溶液与AgNO3/PVA混合溶液的体积比约为1∶5，搅拌均匀，得到AgNO3/PVA/TA混合溶液。调节后的单宁酸溶液和AgNO3/PVA混合溶液的混合体积比为1∶4～6，本实施方式中选择1∶5。
S3、取S2制备的AgNO3/PVA/TA混合溶液，滴涂在塑料衬底上，塑料衬底可弯折，塑料衬底无色透明，本实施方式中塑料衬底的材料为PET(聚对苯二甲酸类塑料)，对滴涂了AgNO3/PVA/TA混合溶液的塑料衬底进行加热使滴涂的AgNO3/PVA/TA混合溶液成膜且实现Ag+向Ag NPs的转变，得到柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜，即得到柔性纳米复合全息存储薄膜。
S3的具体过程为：取干净的PET塑料衬底，用移液枪取少量AgNO3/PVA/TA混合溶液，将其滴涂在PET塑料衬底上，将滴涂了AgNO3/PVA/TA混合溶液的PET塑料衬底放置在加热盘上，利用加热盘对滴涂了AgNO3/PVA/TA混合溶液的PET塑料衬底进行温度为90℃、时间为30分钟的加热，这个加热的过程(加热的温度和时间)不仅实现了柔性Ag/PVA纳米复合薄膜上滴涂的AgNO3/PVA/TA混合溶液成膜，也实现Ag+向Ag NPs的转变，得到柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜。
由于塑料衬底可弯折即能够弯折，塑料衬底即为柔性衬底，因此将基于塑料衬底的薄膜称为柔性薄膜。通过上述方法可制得的柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜。
本发明的一种柔性纳米复合全息存储薄膜的制备方法通过采用塑料衬底，塑料有机材料具有柔性可拉伸、透明度高、价格低廉等优势，因此基于有机柔性衬底制备纳米复合全息薄膜，在柔性全息存储中开辟了新应用，所得薄膜抗弯折能力强，实现全息存储在柔性器件的突破。在S2中制备单宁酸溶液，并混合到AgNO3/PVA混合溶液中，将电子给体单宁酸引入Ag/PVA系统后，体系中的银离子发生了转变，逐渐还原成Ag NPs，共振吸收现象增强。Ag/PVA体系中加入单宁酸分子后，在光激发下，体系中的银离子发生了转变，PVA和TA共同为Ag+的还原过程提供足够的光生电子。单宁酸分子对Ag/PVA复合薄膜的衍射效率起到促进作用，单宁酸分子进一步为Ag离子提供充足的电子，实现Ag离子向Ag纳米粒子的转变，转变更快，因此提高所得薄膜的衍射效率、增强所得薄膜的共振吸收现象、扩大所得薄膜的光学响应范围、加快所得薄膜的存储速度。S3中通过加热提高制膜效率、实现Ag+向Ag NPs(银纳米粒子)的转变。同时该方法的制备过程简单，且成本低廉，实现了柔性全息存储。本发明一种柔性纳米复合全息存储薄膜的制备方法所制备的柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜可应用于柔性全息存储中。
基于上述S1可制得柔性Ag/PVA纳米复合薄膜。在S1制备的AgNO3/PVA混合溶液的基础上，取S1制备的AgNO3/PVA混合溶液，在塑料衬底上滴涂AgNO3/PVA混合溶液，塑料衬底可弯折，塑料衬底无色透明，对滴涂了AgNO3/PVA混合溶液的塑料衬底进行加热，加热使滴涂的AgNO3/PVA混合溶液成膜且实现Ag+向Ag NPs的转变，加热后得到柔性Ag/PVA纳米复合薄膜。
具体过程为：取干净的PET塑料衬底，用移液枪取少量AgNO3/PVA混合溶液，将其滴涂在PET塑料衬底上，将滴涂了AgNO3/PVA混合溶液的PET塑料衬底放置在加热盘上，利用加热盘对滴涂了AgNO3/PVA混合溶液的PET塑料衬底进行温度为90℃、时间为30分钟的加热，这个加热的过程(加热的温度和时间)不仅实现了PET塑料衬底上滴涂的AgNO3/PVA混合溶液成膜，也实现Ag+向Ag NPs的转变，该过程中Ag+发生了热还原反应，得到柔性Ag/PVA纳米复合薄膜，即实现了塑料衬底层上制备Ag/PVA层。
取柔性TA薄膜(通过调节后的单宁酸溶液滴涂在PET塑料衬底上制得)、柔性Ag/PVA纳米复合薄膜和柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜，利用UV1900PC型紫外-可见分光光度计测量上述两种复合薄膜的吸收光谱，测量结果如图2和图3所示，图2为柔性TA薄膜、柔性Ag/PVA纳米复合薄膜和柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜的吸收曲线。图3为柔性Ag/PVA纳米复合薄膜在位吸收曲线。由图2吸收光谱可看出，比较两条吸收曲线，在其它制膜条件均相同的情况下，在波长350nm到600nm之间的区域，加入单宁酸后Ag/PVA体系的吸光度有明显的增强，即柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜的吸光度增强。将电子给体单宁酸引入系统后，柔性Ag/PVA/TA纳米复合材料的光学响应范围较柔性Ag/PVA复合体系更大。图3中8条曲线分别对应不同时间的吸光度，曲线吸收峰从下至上的依次对应0s、30s、1min、3min、5min、10min、20min和30min时的吸光度曲线，由图3柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜在位吸收曲线可看出，在波长为405nm的蓝紫光的辐照下，柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜的吸光度逐渐增强，说明体系中的银离子发生了转变，逐渐还原成Ag NPs，共振吸收现象增强。光学响应范围的扩大可以归功于在光激发下，PVA和TA共同为Ag+的还原过程提供足够的电子。因此，本发明制备的柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜可应用于柔性全息存储中，实现了柔性器件在信息存储领域的突破。
对柔性Ag/PVA纳米复合薄膜和柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜分别进行全息存储生长动力学测试，测试方法如下：
405nm波长的激光作为写入光，671nm的红光作为读出光，两者同时辐照存储介质，通过光电二极管实时观测全息存储的衍射效率，测试得到的全息存储过程中全息光栅的生长动力学曲线如图4所示。Ag/PVA体系中加入单宁酸分子后，衍射效率明显提高，并且405nm波长写入时，柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜达到最大衍射效率的时间明显缩短。所得复合全息存储薄膜中，引入电子给体单宁酸后，单宁酸分子对Ag/PVA复合薄膜的衍射效率起到促进作用，进一步为Ag离子提供充足的电子，实现Ag离子向Ag纳米粒子的转变，因此，柔性纳米复合全息存储薄膜的衍射效率与存储速度都得到了提高，在全息存储中有进一步的应用。
本发明制备的柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜相比较现有柔性器件具有更高的吸光度，更广的光学响应范围，更高的衍射效率等优点，应用于全息存储具有更快的存储速度。
对上述的可应用于柔性全息存储中的纳米复合薄膜进行图像存储，具体为：选择波长为405nm的蓝紫激光进行图像存储，利用半反半透镜将一束405nm蓝紫激光分束两束后，其中一束光作为物光，另一束光作为参考光，671nm的红光作为读出光，写入光和读出光同时辐照存储介质的同一位置；通过彩色CMOS摄像机实时接收存储图像的信息，测试得到存储的图像如图5所示，为椰子树的图像，柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜作为存储介质存储的图像清晰，分辨率较高。

Claims (10)

1.一种柔性纳米复合全息存储薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、制备硝酸银溶液和聚乙烯醇溶液，将硝酸银溶液和聚乙烯醇溶液以1∶1-1.4的体积比混合，得到AgNO3/PVA混合溶液；
S2、制备单宁酸溶液，调节单宁酸溶液的酸碱度至pH值为8-9，混合AgNO3/PVA混合溶液和调节后的单宁酸溶液，得到AgNO3/PVA/TA混合溶液；
S3、取AgNO3/PVA/TA混合溶液，滴涂在可弯折的且无色的塑料衬底上，对滴涂了AgNO3/PVA/TA混合溶液的塑料衬底放置在加热盘上利用加热盘进行温度为90℃、时间为30分钟的加热使滴涂的AgNO3/PVA/TA混合溶液成膜且实现Ag+向Ag NPs的转变，得到柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜。
2.如权利要求1所述的一种柔性纳米复合全息存储薄膜的制备方法，其特征在于，所述硝酸银溶液和聚乙烯醇溶液的体积比为1∶1。
3.如权利要求1所述的一种柔性纳米复合全息存储薄膜的制备方法，其特征在于，所述硝酸银溶液的浓度为0.1mol/L，聚乙烯醇溶液的浓度为0.4mol/L。
4.如权利要求1所述的一种柔性纳米复合全息存储薄膜的制备方法，其特征在于，调节后的所述单宁酸溶液的pH值为8.5，调节后的单宁酸溶液和AgNO3/PVA混合溶液的混合体积比为1∶5。
5.如权利要求1所述的一种柔性纳米复合全息存储薄膜的制备方法，其特征在于，所述塑料衬底的材料为PET。
6.如权利要求1所述的一种柔性纳米复合全息存储薄膜的制备方法，其特征在于，所述S1的具体过程为：称取硝酸银固体颗粒，将其溶于纯水中，待搅拌均匀后，加入无水乙醇，搅拌均匀后，得到硝酸银溶液；称取聚乙烯醇固体颗粒放于烧杯中，在所述烧杯中加入纯水，将烧杯放入水浴锅，80℃下水浴加热搅拌2h，得到聚乙烯醇溶液；将硝酸银溶液和聚乙烯醇溶液以1∶1-1.4的体积比混合并搅拌均匀，得到AgNO3/PVA混合溶液。
7.如权利要求1所述的一种柔性纳米复合全息存储薄膜的制备方法，其特征在于，所述S2的具体过程为：称取单宁酸固体粉末，将其溶于纯水中，并放在磁力搅拌器上搅拌≥20分钟至搅拌均匀，得到单宁酸溶液；称取K2CO3固体颗粒，溶于纯水中，搅拌均匀后，得到K2CO3溶液；取K2CO3溶液加入单宁酸溶液中并搅拌使K2CO3和单宁酸的混合溶液的pH值为8～9，得到调节后的单宁酸溶液；取调节后的单宁酸溶液滴入到AgNO3/PVA混合溶液中，搅拌均匀，得到AgNO3/PVA/TA混合溶液。
8.如权利要求1所述的一种柔性纳米复合全息存储薄膜的制备方法，其特征在于，所述S3的具体过程为：用移液枪取AgNO3/PVA/TA混合溶液，将其滴涂在塑料衬底上，将滴涂了AgNO3/PVA/TA混合溶液的塑料衬底放置在加热盘上，利用加热盘进行温度为90℃、时间为30分钟的加热，通过加热盘加热实现滴涂的溶液成膜和Ag+向Ag NPs的转变，得到柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜。
9.采用权利要求1至8中任意一项所述的一种柔性纳米复合全息存储薄膜的制备方法所制备的柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜。
10.如权利要求9所述的柔性Ag/PVA/TA纳米复合薄膜在全息存储中的应用。
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