CN114044855A - 一种基于聚氨基甲酸酯为基体的光致聚合全息存储材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于聚氨基甲酸酯为基体的光致聚合全息存储材料及其制备方法，包括如下步骤：制备聚氨基甲酸酯溶液，依次将增稠剂、单体、引发剂、光敏剂加入到聚氨基甲酸酯溶液中，得到混合粘稠液体；将所述混合粘稠液体涂抹在载体上，经过干燥待成型后，使其自然附着于载体上，即得到所述光致聚合全息存储材料。根据本发明的方法制备得到的存储材料具有优良的光学性能和存储特性，还具有重量轻，耐磨蚀，抗高温，不易老化变形，使用寿命长等优点，且其制备工艺流程简单，适合大规模、大批量生产，降低制造成本。
Description
技术领域
本发明公开涉及光学全息存储技术领域，尤其涉及一种基于聚氨基甲酸酯为基体的光致聚合全息存储材料及其制备方法。
背景技术
人类社会已经进入大数据时代，如何实现海量数据的低成本和长期保存是目前数据信息产业关注的重中之重。高速海量信息光存储技术符合国家数据信息技术产业战略的总体要求，能够满足新一代信息海量存储的需求，能够带动相关上下游产业的蓬勃发展。在多种光存储技术中，光学全息存储技术被公认为是能够突破海量数据存储瓶颈的存储方式之一。在数据信息记录过程中，携带数据信息的信号光与参考光在材料内部发生干涉，形成折射率光栅，完成数据信息的记录；需要读出数据信息时，只需将一束读出光照射材料中记录信息处，通过光栅的衍射效应，就可以将数据信息读取出来。光学全息存储技术具有存储密度高，反应速度快等特点，在三维显示、导弹制导、飞机导航和身份验证等方面具有广泛应用。
优良的数据信息记录介质材料是制约光学全息存储技术商业化的关键所在，目前用于光学全息存储的材料主要包括铌酸锂等无机晶体、聚甲基丙烯酸甲酯类聚合物和聚乙烯醇类聚合物等三大类，但这三类存储材料都有其缺点和不足：铌酸锂等无机晶体制作成本高昂、制备工艺复杂，难以大规模生产；聚甲基丙烯酸甲酯类聚合物存储容量较低，灵敏度差；聚乙烯醇类聚合物对环境非常敏感，易老化，使用寿命短。
发明内容
鉴于此，本发明公开提供了一种基于聚氨基甲酸酯为基体的光致聚合全息存储材料及其制备方法，以提供一种具有优良的光学性能和存储特性的光致聚合全息存储材料，且制备工艺流程简单，适合大规模生产的光致聚合全息存储材料制备方法；
本发明提供的技术方案，具体为，一种基于聚氨基甲酸酯为基体的光致聚合全息存储材料的制备方法，包括如下步骤：制备聚氨基甲酸酯溶液，依次将增稠剂、单体、引发剂、光敏剂加入到聚氨基甲酸酯溶液中，得到混合粘稠液体；将所述混合粘稠液体涂抹在载体上，经过干燥待成型后，使其自然附着于载体上，即得到所述光致聚合全息存储材料。
优选地，所述增稠剂选用聚乙二醇；单体采用丙烯酰胺、甲基丙烯酸，引发剂选用异丙醇胺、光敏剂选用甲基橙。
优选地，所述聚乙二醇质量分数浓度为5％-10％。
优选地，所述丙烯酰胺的浓度为0.15mol/L-0.45mol/L。
优选地，所述甲基丙烯酸的浓度为0.05mol/L-0.15mol/L。
优选地，所述异丙醇胺的浓度为0.2mol/L-0.4mol/L。
优选地，所述甲基橙浓度为0.02mol/L-0.08mol/L。
优选地，所述聚乙二醇、丙烯酰胺、甲基丙烯酸、异丙醇胺、甲基橙加入到聚氨基甲酸酯溶液中时，均是通过超声振荡、加热及搅拌的方式。
优选地，所述混合粘稠液体干燥成型温度为50-80℃，干燥时间为24-48小时。
根据上述方法制备的材料，其物理厚度为0.2mm-1.8mm；有效光学厚度占物理厚度大于80％，数据信息存储密度为86.5GB/cm3。
本发明提供的一种基于聚氨基甲酸酯为基体的光致聚合全息存储材料及其制备方法，以聚氨基甲酸酯为原料，聚氨基甲酸酯是一种性能优良的聚合物材料，具有良好的稳定性、耐腐蚀性和光学透明度，原材料成本低廉，易于加工，吸水率低，耐高温。本发明将甲基橙、异丙醇胺、聚乙二醇和丙烯酰胺、甲基丙烯酸，均匀溶于聚氨基甲酸酯基体之中，制成可用于数据信息存储的全息存储材料，其数据信息存储密度可达86.5GB/cm3，并可在直径120mm的标准盘片上实现高于1.2TB的存储容量，是目前DVD光盘存储容量的255倍。长期的大量实验发现，根据本发明的方法制备得到的存储材料具有优良的光学性能和存储特性，还具有重量轻，耐磨蚀，抗高温，不易老化变形，使用寿命长等优点，且其制备工艺流程简单，适合大规模、大批量生产，降低制造成本。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明的公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明公开实施例的基于聚氨基甲酸酯为基体的新型高性能光致聚合全息存储材料的示意图；
图2为本发明公开实施例所述材料中读出的存储数据信息示意图；
图3为本发明公开实施例所述材料中最大数据存储密度随材料厚度的变化曲线示意图；
图4为本发明公开实施例所述材料中最大衍射效率随温度的变化曲线图；
图5为本发明公开实施例所述材料的最大衍射效率随保存时间的变化曲线图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的系统的例子。
为了解决现有技术中，用于光学全息存储材料的制备工艺成本高昂、工艺复杂，且得到的材料存储容量较低，灵敏度差等缺点，本实施方案提供了一种基于聚氨基甲酸酯为基体的光致聚合全息存储材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：将一定量聚氨基甲酸酯溶解于高纯水中，通过超声振荡、加热方式，制备成质量分数浓度为15％-45％的均匀粘稠状聚氨基甲酸酯溶液；
步骤2：将一定量增稠剂聚乙二醇加入步骤1中的均匀粘稠状聚氨基甲酸酯溶液，通过超声振荡、加热等方式，制备成聚乙二醇质量分数浓度为5％-10％的均匀混合粘稠溶液；
步骤3：将一定量丙烯酰胺加入步骤2中的混合溶液，并加热搅拌，制备成丙烯酰胺浓度为0.15mol/L-0.45mol/L的混合溶液；
步骤4：将一定量甲基丙烯酸加入步骤3中得到的混合溶液，并加热搅拌，制备成甲基丙烯酸浓度为0.05mol/L-0.15mol/L的混合溶液；
步骤5：将一定量异丙醇胺加入步骤4中得到的混合溶液，搅拌，制备成异丙醇胺浓度为0.2mol/L-0.4mol/L的混合溶液；
步骤6：将一定量甲基橙加入步骤5中得到的混合溶液，搅拌，制备成甲基橙浓度为0.02mol/L-0.08mol/L的混合溶液；
步骤7：在暗室中，取适量的步骤6中得到的混合粘稠液体，涂抹在水平放置的清洁载玻片上，置于干燥箱内，在50-80摄氏度下干燥24-48小时，待其成型后，自然附着于载玻片上，材料制备完毕，即可用于数据信息存储。
用上述制备方法制备的基于聚氨基甲酸酯为基体的新型高性能光致聚合全息存储材料。经过长期的大量实验发现，这种存储材料具有优良的光学性能和存储特性，数据信息存储密度可达86.5GB/cm3，并可在直径120mm的标准盘片上实现高于1.2TB的存储容量，是目前DVD光盘存储容量的255倍。本发明提供的新型信息存储材料之所以取得如此优良的数据存储密度和容量，主要是由于：(1)选取聚氨基甲酸酯作为材料基体，有效增加了材料的稳定性、耐腐蚀性和光学质量；(2)选用丙烯酰胺和甲基丙烯酸作为材料单体，提高了材料内部的折射率调制度和衍射效率；(3)采用聚乙二醇作为增稠剂，在一定程度上促进并优化了材料中单体的光致聚合过程。
本发明中制备材料各个组分的浓度范围为：聚氨基甲酸酯15％-45％，聚乙二醇5％-10％，丙烯酰胺0.15mol/L-0.45mol/L，甲基丙烯酸0.05mol/L-0.15mol/L，异丙醇胺0.2mol/L-0.4mol/L，甲基橙0.02mol/L-0.08mol/L。如果超出上述浓度范围，会严重影响材料的数据信息存储性能。例如，当聚氨基甲酸酯的浓度低于15％时，会降低材料的物理厚度和有效光学厚度，从而减少材料的信息存储密度和存储容量；当聚氨基甲酸酯的浓度高于45％时，会增加材料的散射率，并降低材料的灵敏度和响应速度，会严重影响材料的存储性能。
以下实施例将对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不受此实施例的限制。
实施例1
步骤1：将聚氨基甲酸酯溶解于高纯水中，通过超声振荡、加热方式，制备成质量分数浓度为20％的均匀粘稠状聚氨基甲酸酯溶液；
步骤2：将增稠剂聚乙二醇加入步骤1中的均匀粘稠状聚氨基甲酸酯溶液，通过超声振荡、加热等方式，制备成聚乙二醇质量分数浓度为6％的均匀混合粘稠溶液；
步骤3：将丙烯酰胺加入步骤2中的混合溶液，并加热搅拌，制备成丙烯酰胺浓度为0.25mol/L的混合溶液；
步骤4：将甲基丙烯酸加入步骤3中得到的混合溶液，并加热搅拌，制备成甲基丙烯酸浓度为0.1mol/L的混合溶液；
步骤5：将异丙醇胺加入步骤4中得到的混合溶液，搅拌，制备成异丙醇胺浓度为0.3mol/L的混合溶液；
步骤6：将甲基橙加入步骤5中得到的混合溶液，搅拌，制备成甲基橙浓度为0.04mol/L的混合溶液；
步骤7：在暗室中，取适量的步骤6中得到的混合粘稠液体，涂抹在水平放置的清洁载玻片上，置于干燥箱内，在60摄氏度下干燥36小时，待其成型后，自然附着于载玻片上，材料制备完毕，即可用于数据信息存储。
如图1所示为采用上述方法制备的基于聚氨基甲酸酯为基体的新型高性能光致聚合全息存储材料示意图；如图2所示，为从本实施例制备的材料中读出的存储数据信息；如图3为本发明所制备的材料的最大数据存储密度随材料厚度的变化曲线，从图中可以看出，当材料厚度为1.4mm时，数据存储密度具有最大值86.5Gb/cm3。当材料厚度低于1.4mm时，实验结果符合全息存储相关理论，材料存储密度会随着材料厚度的增加而增加；当材料厚度高于1.4mm时，由于材料对入射光散射的增加，会降低材料的存储密度，不利于信息存储。
如图4所示，为本发明所述材料的最大衍射效率随温度的变化曲线，从图中可以看出，当材料所处的环境温度为-20℃-135℃范围时，材料的衍射效率在80％以上，展示出优良的光学性能和存储特性。因此，本发明所描述材料具有耐高温的特点，可在135摄氏度高温下使用(现有技术中的其他存储材料最高使用温度不超过100摄氏度)。
如图5所示，为本发明所述材料的最大衍射效率随保存时间的变化曲线，从图中可以看出，当材料保存时间在6年以内时，其衍射效率在82％以上，当保存时间超过6年后，其衍射效率出现逐渐下降的趋势。这些实验结果表明，本发明所描述材料具有耐磨蚀、不易老化变形的优点，使用寿命长，可达6年以上。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。
Claims (10)
1.一种基于聚氨基甲酸酯为基体的光致聚合全息存储材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：制备聚氨基甲酸酯溶液，依次将增稠剂、单体、引发剂、光敏剂加入到聚氨基甲酸酯溶液中，得到混合粘稠液体；将所述混合粘稠液体涂抹在载体上，经过干燥待成型后，使其自然附着于载体上，即得到所述光致聚合全息存储材料。
2.根据权利要求1所述的一种基于聚氨基甲酸酯为基体的光致聚合全息存储材料的制备方法，其特征在于，所述增稠剂选用聚乙二醇；单体采用丙烯酰胺、甲基丙烯酸，引发剂选用异丙醇胺、光敏剂选用甲基橙。
3.根据权利要求2所述的一种基于聚氨基甲酸酯为基体的光致聚合全息存储材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙二醇质量分数浓度为5％-10％。
4.根据权利要求2所述的一种基于聚氨基甲酸酯为基体的光致聚合全息存储材料的制备方法，其特征在于，所述丙烯酰胺的浓度为0.15mol/L-0.45mol/L。
5.根据权利要求2所述的一种基于聚氨基甲酸酯为基体的光致聚合全息存储材料的制备方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸的浓度为0.05mol/L-0.15mol/L。
6.根据权利要求2所述的一种基于聚氨基甲酸酯为基体的光致聚合全息存储材料的制备方法，其特征在于，所述异丙醇胺的浓度为0.2mol/L-0.4mol/L。
7.根据权利要求2所述的一种基于聚氨基甲酸酯为基体的光致聚合全息存储材料的制备方法，其特征在于，所述甲基橙浓度为0.02mol/L-0.08mol/L。
8.根据权利要求2所述的一种基于聚氨基甲酸酯为基体的光致聚合全息存储材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙二醇、丙烯酰胺、甲基丙烯酸、异丙醇胺、甲基橙加入到聚氨基甲酸酯溶液中时，均是通过超声振荡、加热及搅拌的方式。
9.根据权利要求2所述的一种基于聚氨基甲酸酯为基体的光致聚合全息存储材料的制备方法，其特征在于，所述混合粘稠液体干燥成型温度为50-80℃，干燥时间为24-48小时。
10.根据权利要求1-9任一所述制备方法制备的一种基于聚氨基甲酸酯为基体的光致聚合全息存储材料，其特征在于，所述材料的物理厚度为0.2mm-1.8mm；其有效光学厚度占物理厚度大于80％，数据信息存储密度为86.5GB/cm3。
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