低功率写入下的快速光致变色全息存储材料的制备方法

技术领域

本发明涉及光学信息存储技术领域，具体涉及低功率写入下的快速光致变色全息存储材料的制备方法。

背景技术

社会进入信息化时代，数据量急剧增加，海量数据对存储提出更苛刻的要求。当前几种主要存储技术中，光存储以存储寿命长、低能耗等特点极可能成为存储技术的重要产业。其中，高密度全息存储可有效满足存储海量数据的需求，全息记录介质是存储的核心单元，通过优化记录介质性能可以促进高密度光存储的进一步发展。提高全息存储的速率和效率一直是应用中的热点问题。金属纳米粒子与半导体复合后，在光照下可实现二者界面的电子转移。申请号为CN201710981715.3名称为《窄带吸收银/二氧化钛薄膜全息材料及制备方法和应用》的中国专利中公开了一种Ag/TiO

发明内容

为了解决Ag/TiO

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

低功率写入下的快速光致变色全息存储材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、避光条件下，将二氧化钛薄膜浸渍于单宁酸溶液中，得到附着有单宁酸的二氧化钛薄膜；

S2、避光条件下，将S1得到的附着有单宁酸的二氧化钛薄膜浸没在硝酸银溶液中，在30℃的水浴中浸泡10min，得到银/二氧化钛薄膜；

S3、用可见激光照射浸没在硝酸银溶液中的银/二氧化钛薄膜，得到激光与单宁酸共同作用的银/二氧化钛薄膜；

S4、将S3得到的激光与单宁酸共同作用的银/二氧化钛薄膜浸没于氯化钾溶液中，得氯化钾修饰的银/二氧化钛薄膜。

所述的低功率写入下的快速光致变色全息存储材料的制备方法，所述氯化钾修饰的银/二氧化钛薄膜应用在蓝光全息存储中。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种低功率写入下的快速光致变色全息存储材料的制备方法，本发明提供了一种氯化钾修饰银/二氧化钛纳米复合薄膜材料，在可见激光和单宁酸的共同作用下获得高效的窄带的银纳米粒子吸收，进一步采用氯化钾进行修饰，创建新的光化学反应环境，实现了进一步调控光致变色速度的效果，实现了低功率单色光的快速光致变色，获得了响应速度更快的全息存储材料，适用于低功率下蓝光的快速、高效的全息存储。

附图说明

图1为本发明的低功率写入下的快速光致变色全息存储材料的制备方法的流程图。

图2a为激光与单宁酸共同作用的银/二氧化钛薄膜的扫描电镜图。

图2b为氯化钾修饰的银/二氧化钛薄膜的扫描电镜图。

图3为激光与单宁酸共同作用的银/二氧化钛薄膜在473nm激光不同功率照射下在位吸收测试获得的原位吸收光谱图。

图4为氯化钾修饰的银/二氧化钛薄膜在473nm激光不同功率照射下在位吸收测试获得的原位吸收光谱图。

图5为激光与单宁酸共同作用的银/二氧化钛薄膜在473nm激光不同功率照射下的差分吸收光谱图。

图6为氯化钾修饰的银/二氧化钛薄膜在473nm激光不同功率照射下的差分吸收光谱图。

图7为激光与单宁酸共同作用的银/二氧化钛薄膜在473nm激光不同功率照射下的差分吸收烧孔速率拟合图。

图8为氯化钾修饰的银/二氧化钛薄膜在473nm激光不同功率照射下的差分吸收烧孔速率拟合图。

图9为激光与单宁酸共同作用的银/二氧化钛薄膜和氯化钾修饰的银/二氧化钛薄膜的全息动力学曲线对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

低功率写入下的快速光致变色全息存储材料的制备方法，如图1，包括如下步骤：

S1、避光条件下，将二氧化钛薄膜浸渍于单宁酸溶液中，得到附着有单宁酸的二氧化钛薄膜；

S2、避光条件下，将S1得到的附着有单宁酸的二氧化钛薄膜浸没在硝酸银溶液中，在30℃的水浴中浸泡10min，得到银/二氧化钛薄膜；

S3、S2得到的银/二氧化钛薄膜浸没在硝酸银溶液中，并用可见激光照射下浸没在硝酸银溶液中的银/二氧化钛薄膜，得到激光与单宁酸共同作用的银/二氧化钛薄膜；

S4、将S3得到的激光与单宁酸共同作用的银/二氧化钛薄膜浸没于氯化钾溶液中，得氯化钾修饰的银/二氧化钛薄膜，即为低功率写入下的快速光致变色全息存储材料。

制备方法的具体过程为：

S1.1、制备二氧化钛薄膜

取体积比为1：2的TiO

S1.2、配制pH值为8.5的单宁酸溶液

在室温下，分别配制出0.002mol/L的单宁酸溶液和0.009mol/L的碳酸钾溶液，磁力搅拌配制成单宁酸溶液和碳酸钾溶液的混合液；通过pH计测定混合液的pH值，调节pH值至8.5，溶液变成墨绿色，单宁酸溶液配置完成，通常将配置好的单宁酸溶液避光保存。优选的是单宁酸的摩尔浓度为0.002mol/L～0.004mol/L。

S1.3、制备附着有单宁酸的二氧化钛薄膜

在室温下，将S1.1得到的二氧化钛薄膜浸没在S1.2配制的单宁酸溶液中，浸渍的条件如下：温度为20℃～28℃，浸渍时间为1h～5h；本实施方式中浸渍2h，浸渍过程在避光条件下进行，浸渍结束后，将二氧化钛薄膜取出，采用压缩空气吹干二氧化钛薄膜，得到附着有单宁酸的二氧化钛薄膜，该薄膜为淡黄色透明的薄膜。

S2.1、配制硝酸银溶液

硝酸银溶液的溶剂为水与乙醇的混合液，乙醇与水的体积比为1：(1～100)，硝酸银溶液中硝酸银的摩尔浓度为0.1mol/L～0.5mol/L。本实施方式中配置的硝酸银溶液中硝酸银的摩尔浓度为0.1mol/L。

S2.2、水浴加热方法得到银/二氧化钛薄膜

将S1.3中得到的附着有单宁酸的二氧化钛薄膜浸没在S2.1所配制的硝酸银溶液中，在30℃的恒温水浴中浸泡10min，二氧化钛薄膜由淡黄色透明变为浅棕色的银/二氧化钛薄膜，得到附着有单宁酸的二氧化钛薄膜。

S3、可见激光还原法高效的窄带的银/二氧化钛薄膜

采用激光波长为400nm～700nm、功率为10mW～50mW的可见激光照射硝酸银溶液中的浅棕色的银/二氧化钛薄膜，照射时间为1min～30min，本实施方式采用30mW可见激光照射5min，停止光照的同时将薄膜从硝酸银溶液中取出，利用超纯水进行漂洗硝酸银溶液中取出的薄膜，然后用压缩空气吹干后，得到棕色银/二氧化钛薄膜，即为激光与单宁酸共同作用的银/二氧化钛薄膜。

S4.1、配制氯化钾溶液

氯化钾溶液的摩尔浓度为0.08mol/L～0.12mol/L，本实施方式中配置摩尔浓度为0.1mol/L的氯化钾溶液。

S4.2、制备氯化钾修饰的银/二氧化钛薄膜

在可见光下、室温下，无需避光也无需激光照射，将S3中所得到激光与单宁酸共同作用的银/二氧化钛薄膜浸没于S4.1所配制的氯化钾溶液中，然后立即将其取出，浸没时间为小于1min，然后对取出的薄膜利用超纯水进行漂洗，再用压缩空气吹干后，得氯化钾修饰的银/二氧化钛薄膜。氯化钾修饰的银/二氧化钛薄膜避光保存，备用，双层包裹的内层用擦镜纸包裹，外层用锡纸包裹。

上述方法S3的得到的激光与单宁酸共同作用的银/二氧化钛薄膜和S4得到的得到氯化钾修饰的银/二氧化钛薄膜均进行扫描电镜、在位吸收光谱测试及全息存储测试，下面对得出的结果进行阐述。

(1)利用扫描电镜测试，经S3所得薄膜的扫描电镜图如图2a；经S4所得的薄膜的扫描电镜图如图2b。根据图2a和图2b可知，本发明所制备的氯化钾修饰的银/二氧化钛薄膜整体的银纳米粒子数目相对现有的银/二氧化钛薄膜的数目较少，粒子更加分散，由于氯化钾溶液中的氯化钾离子对银纳米粒子有溶解的作用，使聚集粒子呈现分散状态，粒子被溶解后，有更多粒子进入二氧化钛纳米孔中。

(2)利用紫外-可见吸收光谱仪测试S3所得薄膜和S4所得薄膜在不同功率473nm激光照射后的原位吸收，照射时间均为0min、0.5min、1min、3min、5min、10min、20min和30min，原位吸收光谱图如图3和图4，并进一步对原位吸收进行差分处理，差分吸收光谱图如图5和图6，差分吸收烧孔速率拟合结果如图7和图8。其中图3(a)(b)(c)、图4(a)(b)(c)、图5(a)(b)(c)和图6(a)(b)(c)顺次对应的激光功率均分别为0.5mW、2.5mW和5mW，图3至图6中共12幅小图，每个小图均有8条对应照射时间的曲线，横坐标420nm处对应的8条曲线从上到下的照射时间逐渐变长，横坐标650nm处对应的8条曲线从上到下的照射时间逐渐变短。通过观测差分吸收曲线及差分吸收烧孔速率拟合曲线，能够验证本发明制备的氯化钾修饰的银/二氧化钛薄膜具有更快速的光致变色性质。下面进行进一步详述：

进行蓝光(473nm激光)照射的在位吸收测试，与现有的银/二氧化钛薄膜的原位吸收光谱图相比，本发明方法所制备的氯化钾修饰银/二氧化钛薄膜材料的原位吸收在共振光波长附近的吸光度降低更快；对原位吸收进行差分处理分别得到现有银/二氧化钛薄膜(即没有氯化钾修饰)和氯化钾修饰的银/二氧化钛薄膜的差分吸收，本发明方法所制备的氯化钾修饰银/二氧化钛薄膜材料的光谱烧孔随时间和功率变化更加明显。根据光谱烧孔和原位吸收结果，对氯化钾修饰的银/二氧化钛薄膜的快速光谱烧孔进行分析，原因首先是银纳米粒子的分散更加均匀，这样在473nm激光照射下更容易被光溶解，其次是氯化钾溶液中的钾离子和氯离子以离子形式存在，在473nm激光照射下银纳米粒子被溶解成银离子，这样基于银纳米粒子等离激元电荷分离出的电子可被空气中的氧捕获，溶解成的银离子，与氯离子结合。在光催化领域上对于类似体系在可见光的照射下，通常的解释是银纳米粒子等离激元电荷分离出的电子即可被空气中的氧捕获，剩余的空穴可以与氯离子反应生成氯，因此这样几种反应参与的银纳米粒子光溶解比传统的光溶解速度要快许多，所以本发明所制备的氯化钾修饰的银/二氧化钛薄膜具有更快速的光致变色性质。

进一步对最大烧孔深度随时间的改变采用如下公式进行速率拟合：

A

其中公式(1)中，A

(3)S4所得的氯化钾修饰的银/二氧化钛薄膜能够作为全息存储材料，能够用于全息存储，具体能够进行蓝光的全息存储。基于氯化钾修饰的银/二氧化钛薄膜与现有方法制备的银/二氧化钛薄膜的蓝光全息存储的光栅生长动力学曲线图进行比较，并进一步采用指数拟合对动力学曲线进行拟合，共进行写入激光(473nm)功率为0.5mW和2.5mW的两次比较，结果如图9所示，其中S

本发明提供了一种低功率写入下的快速光致变色全息存储材料的制备方法，本发明提供的材料为一种氯化钾修饰银/二氧化钛纳米复合薄膜，在可见激光和单宁酸的共同作用下获得高效的窄带的银纳米粒子吸收，进一步采用氯化钾进行修饰，创建新的等离激元光致变色的光化学反应环境，实现了进一步调控光致变色速度的效果，实现了低功率单色光的快速光致变色，获得了响应速度更快的全息存储材料，适用于低功率下蓝光的快速、高效的全息存储。