一种水凝胶修饰的高稳定碳基全息光盘的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及大数据时代信息存储领域，尤其是全息光存储技术领域，具体涉及一种水凝胶修饰的高稳定碳基全息光盘的制备方法及应用。

背景技术

随着大数据时代的到来，数据的战略地位越发显著，美国将数据称为“未来的新石油”。在如此庞大的数据量中，有80％的数据都是人们不常使用的冷数据，因此海量冷数据的存储尤为重要。包括磁存储、光盘存储在内的传统数据存储方式正面临着能耗挑战、安全挑战、和存储容量挑战等诸多难题，这使全息光存储迎来了新的发展机遇。全息光存储是通过在光敏介质中存储物光和参考光的相干光场来进行信息存储的，特殊的存储方式使得其在高密度、低能耗、长期安全等方面具有显著优势。而如何使全息光存储进一步商业化，也就是如何让全息光盘更好的实用化还面临一些问题，比如全息光盘制备条件的便捷性和成熟化，较低的成本，光盘的稳定性等。而解决这些问题的关键在于探索具有高稳定性、可大面积制备、性价比更高的光敏介质。

对于之前研究较多的金属银纳米粒子与二氧化钛半导体氧化物结合的体系，当银纳米粒子与二氧化钛复合后，银纳米粒子的等离激元共振吸收被展宽，从可见区到近红外区均有比较强的吸收，使得Ag/TiO

碳量子点具有易合成、制造成本低、无毒、高生物相容性和稳定性等特点，以及优异的上转换光致发光和光诱导电子/电荷转移的光学性能，和等离子体表面增强的电学性能，这些优势使碳量子点在很多领域中有所应用。在最新的研究中发现，碳量子点/二氧化钛复合薄膜不仅具有双向光致变色特性，还能够改善信息存储的稳定性，但目前碳量子点/二氧化复合钛薄膜还存在着信息存储速度慢，衍射效率低的问题。因此，急需一种低制备成本的存储介质制备方法，以制备一种具有高信息存储稳定性、高衍射效率的存储介质，让全息光盘存储更好的实用化。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种水凝胶修饰的高稳定碳基全息光盘的制备方法及应用。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种水凝胶修饰的高稳定性碳基全息光盘的制备方法，包括如下步骤：

S1、采用丝网印刷技术在光盘型玻璃衬底的表面上制备二氧化钛薄膜，对二氧化钛薄膜进行固化，再进行高温退火处理，得到多孔二氧化钛薄膜；

S2、将多孔二氧化钛薄膜浸在碳量子点溶液中，使多孔二氧化钛薄膜负载碳量子点，得到碳量子点/二氧化钛复合薄膜；

S3、将碳量子点/二氧化钛复合薄膜浸在硝酸银溶液中并采用紫外灯辐照碳量子点/二氧化钛复合薄膜，在碳量子点/二氧化钛复合薄膜上沉积银纳米粒子，得到银/碳量子点/二氧化钛复合薄膜；

S4、采用提拉浸渍法在银/碳量子点/二氧化钛复合薄膜表面附着一层水凝胶，水凝胶修饰的高稳定碳基全息光盘制备完成。

一种水凝胶修饰的高稳定碳基全息光盘的制备方法所制备的水凝胶修饰的高稳定碳基全息光盘。

水凝胶修饰的高稳定碳基全息光盘，所述水凝胶修饰的高稳定碳基全息光盘应用在全息光存储中。

本发明的有益效果是：

本发明一种水凝胶修饰的高稳定碳基全息光盘的制备方法方便可靠且适用于商业化大量生产，同时制备成本低，且对环境无污染。制备的碳基全息光盘具有信息存储高稳定性、高效率、高均匀性的性能优势，这使全息光存储在未来数据存储领域脱颖而出成为可能，能够很好地应用于全息数据存储领域。

附图说明

图1为本发明一种水凝胶修饰的高稳定碳基全息光盘的制备方法流程图。

图2为本发明的多孔二氧化钛薄膜表面的扫描电子显微镜图像。

图3为本发明的多孔二氧化钛薄膜截面的扫描电子显微镜图像。

图4为纯TiO

图5为Ag/CQDs/TiO

图6为Ag/TiO

图7为CQDs/TiO

图8为Ag/TiO

图9为CQDs/TiO

图10为Ag/CQDs/TiO

图11为Ag/CQDs/TiO

图12为Ag/CQDs/TiO

具体实施方式

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。

一种水凝胶修饰的高稳定碳基全息光盘的制备方法，如图1，具体步骤如下：

S1、采用丝网印刷技术在光盘型玻璃衬底的表面上制备二氧化钛薄膜，对二氧化钛薄膜进行固化，对固化后的二氧化钛薄膜进行高温退火处理得到多孔二氧化钛薄膜。

S1的具体过程为：取光盘型玻璃衬底，为圆环形，尺寸为外径80mm,内径 21mm，准备好购买的商业二氧化钛浆料，用酒精棉对丝网印刷机的模板和刮刀进行擦拭，后用气枪吹干，光盘型玻璃衬底置于丝网印刷机上，将二氧化钛浆料涂敷在模板的最前端，启动丝网印刷机进行刮涂，在光盘型玻璃衬底的正面制备了一层二氧化钛薄膜。通过自动丝网印刷机制备的二氧化钛薄膜很均匀且成膜性很好。将具有二氧化钛薄膜的光盘型玻璃衬底放置在热盘上，将对二氧化钛薄膜进行热盘加热使二氧化钛薄膜固化，具体为130℃维持20分钟，待热盘温度降至室温，取下光盘型玻璃衬底放入马弗炉中进行高温退火处理，500℃退火1h，得到多孔二氧化钛薄膜。多孔二氧化钛薄膜包括光盘型玻璃衬底和位于光盘型玻璃衬底上的二氧化钛薄层，二氧化钛薄层为多孔二氧化钛薄层。

S2、将多孔二氧化钛薄膜浸在碳量子点溶液中使多孔二氧化钛薄膜负载碳量子点，得到碳量子点/二氧化钛复合薄膜。

S2的具体过程为：配置碳量子点溶液，利用电子天平秤称取等质量的尿素和对苯二胺，按1:1的重量比例混合，这里我们是分别称取等质量的尿素和对苯二胺各0.2g，用量筒称取50ml的纯水(或超纯水)，将尿素、对苯二胺和纯水依次放入高温高压反应釜中，密封高温高压反应釜后超声处理20min，然后将反应釜放入烘箱中加热，烘箱180℃维持8小时，待反应釜完全降温至室温后，取出溶液，即得到碳量子点溶液。使用水平仪在实验台上找到水平度最好(最水平)的位置，将培养皿放在该位置，然后放入多孔二氧化钛薄膜，最后倒入碳量子点溶液，直至二氧化钛薄膜完全浸没在其中，密封培养皿后室温浸渍2h后取出，得到有碳量子点负载的多孔二氧化钛薄膜，即碳量子点/二氧化钛复合薄膜(CQDs/TiO

S3、将碳量子点/二氧化钛复合薄膜浸在硝酸银溶液中并采用紫外灯光辐照碳量子点/二氧化钛复合薄膜，在碳量子点/二氧化钛复合薄膜上沉积银纳米粒子，得到银/碳量子点/二氧化钛复合薄膜。

S3的具体过程为：称取1.7g硝酸银固体颗粒溶于98ml的纯水中，利用磁力搅拌器搅拌30min后加入2ml乙醇再继续搅拌20min，得到硝酸银溶液。将碳量子点/二氧化钛薄膜水平放入培养皿中，将硝酸银溶液倒入培养皿内，使碳量子点/二氧化钛薄膜完全浸没，利用紫外灯管对硝酸银溶液以及浸没在其中的碳量子点/二氧化钛薄膜进行辐照，紫外光功率密度为1mw/cm

S4、采用提拉浸渍法在银/碳量子点/二氧化钛复合薄膜表面附着一层水凝胶，水凝胶修饰的高稳定碳基全息光盘制备完成。

S4的具体过程为：称取0.5g琼脂糖微粒和50ml的纯水，依次放入100ml 的烧杯中，利用温度可调的磁力搅拌器190℃恒温搅拌30min，直至混合溶液沸腾并呈清澈溶液状。将银/碳量子点/二氧化钛复合薄膜的光盘型玻璃衬底通过吸盘固定在提膜机上，让吸盘吸在光盘型玻璃衬底反面(不具有二氧化钛的表面)，光盘型玻璃衬底正面水平向下，光盘型玻璃衬底下方放置装有温度为80摄氏度水凝胶溶液的培养皿，通过提拉浸渍法制备水凝胶层，在提拉浸渍过程中，光盘型玻璃衬底上升和下降的速度均为4.5mm/s，在水凝胶溶液中浸渍时间为4s，待提拉浸渍完成后，银/碳量子点/二氧化钛复合薄膜表面上具有一层水凝胶，让光盘型玻璃衬底静置悬挂5分钟后取下光盘型玻璃衬底，再在室温下用红外灯照射水凝胶层5分钟，使水凝胶层固化，固化后得到水凝胶修饰的高稳定碳基全息光盘。

图2和图3为多孔二氧化钛薄膜的扫描电子显微镜图像，通过图2可以观察到多孔二氧化钛薄膜上表面的孔径分布广泛，从10nm～100nm均有分布，多孔二氧化钛薄膜的二氧化钛薄层的厚度为2.467μm，由此这种多孔型、厚度在 2.4μm左右的二氧化钛薄层有利于碳量子点(CQDs)在其内部和表面的锚定，同时也为碳量子点和银纳米粒子(Ag_NPs)提供更多的交流和反应位点，进而促进电荷的转移。

取纯二氧化钛(TiO

对Ag/TiO

η＝η

其中t

对于传统的银/二氧化钛体系，在可见光辐照下，银纳米粒子由于表面等离激元共振释放出电子，并向二氧化钛转移，银纳米粒子发生溶解。然而，二氧化钛在短波写入光405nm的照射下也会产生电子，可以回流到银纳米粒子，导致银纳米粒子的二次还原、恢复原状，这种循环的光化学过程就影响了信息写入过程以及信息存储过程的稳定性。碳量子点的引入能够很好的解决这个问题，因为碳量子点不仅可以提供电子作为还原剂还能接收并储存电子，在二氧化钛电子回流过程中，绝大部分电子都被吸附在其表面的碳量子点接收，从而阻止了银纳米粒子的二次还原，进而保护了信息存储的稳定性。

图10是对Ag/CQDs/TiO

综上可见，Ag/CQDs/TiO

本发明一种水凝胶修饰的高稳定碳基全息光盘的制备方法便捷可靠，且成本低，自动丝网印刷机的引用使得该方法制备的全息光盘可实现商业化生产；其次，该方法制备的碳基全息光盘中碳量子不仅能够在紫外光还原银纳米粒子时作为电子供体与二氧化钛共同释放电子，将Ag

纯二氧化钛薄膜在可见光波段几乎没有吸收，仅在紫外区有吸收带，但碳量子点和银的引入有效增强了二氧化钛在可见波段的吸收，并能有效抑制光生电子空穴对的分离，因此，碳量子点和银共同敏化的二氧化钛薄膜相对于银/二氧化钛、碳量子点/二氧化钛薄膜具有信息存储效率更高，信息存储稳定性更好，以及薄膜均匀性更佳的优势。

再通过水凝胶的作用，使银/碳量子点/二氧化钛复合薄膜中Ag纳米粒子分布更稳定，改善了信息存储过程中因Ag纳米粒子的自迁移而影响存储稳定性的问题，进而实现了高效率、高稳定性的存储。

水凝胶修饰的高稳定碳基全息光盘制备方法的可实施性以及光盘在高稳定性、高效率、高均匀性等方面的性能优势，使得全息光盘的实用化得到进一步发展，碳基全息光盘能够应用于全息数据存储领域，推动了全息光存储技术在未来信息存储领域商业化应用。