光致變色液晶高分子信息存儲(chǔ)材料研究進(jìn)展

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1、光致變色液晶高分子信息存儲(chǔ)材料研究進(jìn)展張會(huì)旗李晨曦黃文強(qiáng)何炳林(南開大學(xué)吸附分離功能高分子材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,高分子化學(xué)研究所,天津,300071)提要光致變色液晶高分子以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在信息存儲(chǔ)領(lǐng)域顯示了光明的應(yīng)用前景,成為目前國(guó)際上研究的熱點(diǎn)。本文系統(tǒng)闡述了光致變色液晶高分子的研究概況、光信息存儲(chǔ)機(jī)理以及信息存儲(chǔ)應(yīng)用方面的研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞光致變色液晶高分子,可逆光信息存儲(chǔ)1987年Eich等人6,7提出了光致變色液晶高分子信息存儲(chǔ)的光記錄方法(Photon2modewriting),其基本原理可以用圖1說明。前言光致變色液晶高分子

2、是指同時(shí)具有光致變色性能與液晶性能的高分子材料。其最早報(bào)道見于1983年,Talroze1及Finkelmann2等人將光致變色偶氮染料摻入液晶高分子內(nèi),得到了摻雜型光致變色液晶高分子。同年,Finkel2mann等人2與Ringsdorf等人3,4將介晶單體與偶氮染料單體共聚,得到了側(cè)鏈上同時(shí)含有偶氮基團(tuán)與介晶基團(tuán)的光致變色液晶高分子。1985年,Coles等人5首先對(duì)光致變色液晶高圖1光致變色液晶高分子信息存儲(chǔ)原理示意圖分子的信息存儲(chǔ)性能進(jìn)行了研究,此后光致變色液晶高分子信息存儲(chǔ)材料的研究便日益活躍起來,并很快成為信息存儲(chǔ)領(lǐng)域研

3、究的熱點(diǎn)。本文重點(diǎn)介紹了光致變色液晶高分子信息存儲(chǔ)材料的研究進(jìn)展。液晶高分子的介晶基團(tuán)反式偶氮基團(tuán)順式偶氮基團(tuán)圖1A是經(jīng)過取向的含偶氮基團(tuán)的光致變光致變色液晶高分子信息存儲(chǔ)材料的信息存儲(chǔ)機(jī)理及其優(yōu)點(diǎn)1張會(huì)旗1969年生。1991年畢業(yè)于南開大學(xué)化學(xué)系高分子專業(yè),獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位。隨后在本?;瘜W(xué)系高分子專業(yè)攻讀碩士學(xué)位,因成績(jī)優(yōu)秀于1993年被推薦到南開大學(xué)高分子化學(xué)研究所攻讀博士學(xué)位,在何炳林教授指導(dǎo)下從事光致變色液晶高分子的合成與研究工作。1996年畢業(yè),獲理學(xué)博士學(xué)位?,F(xiàn)為天津大學(xué)應(yīng)用化學(xué)系講師,主要從事新型光致變色液晶高分子的合

4、成與研究工作。1985年Coles等人5提出了光致變色液晶高分子信息存儲(chǔ)的熱記錄方法(Heat2modewriting)。即利用強(qiáng)激光照射預(yù)先取向的光致變色液晶高分子樣品,激光照射到的局部區(qū)域吸熱溫度迅速升高轉(zhuǎn)變成各向同性的熔體,光源移走后各向同性的熔體很快冷卻成蜂窩狀與焦錐狀的光散射中心,信息輸入完成。不過,利色液晶高分子的向列相示意圖。在強(qiáng)偏振激光照射下,受照射的局部區(qū)域吸熱升溫至液晶相溫度,同時(shí)偶氮基團(tuán)發(fā)生順反異構(gòu)化而由棒狀的反式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成彎曲的順式結(jié)構(gòu),從而對(duì)其周圍的液晶相產(chǎn)生擾動(dòng),使其由各向異性轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨蛲?見圖1B),

5、光源移走后受照射的區(qū)域迅速冷至玻璃化溫度以下,所記錄的信息便凍結(jié)起來,信息輸入完成。與熱記錄方法相比,光記錄方法具有可實(shí)現(xiàn)高分辨率與多重記錄的優(yōu)點(diǎn)8,所以光記錄方法很快取代了熱記錄方法而成為光致變色液晶高分子記錄信息的主要方法。性讀出問題。第四,其信息存儲(chǔ)過程是在其玻璃化溫度(Tg)以上進(jìn)行的,存儲(chǔ)完畢后降溫至Tg以下,這樣,光記錄時(shí)光致變色基團(tuán)通過光異構(gòu)化引起的體系折射率變化就會(huì)被凍結(jié)起來,即使光致變色基團(tuán)因熱回復(fù)異構(gòu)化回到其光照前狀態(tài)(對(duì)于偶氮化合物即cis→trans),這種折射率變化也不會(huì)消失,因此使信息存儲(chǔ)的熱穩(wěn)定性大大提

6、高,甚至可以實(shí)現(xiàn)永久存儲(chǔ),而且記錄的信息又可以通過將光致變色液晶高分子加熱至其清亮點(diǎn)溫度以上或利用激光照射處于液晶相溫度的光致變色液晶高分子而消除。第五,由于偶氮等光致變色基團(tuán)具有很好的抗疲勞性,因此可以實(shí)現(xiàn)多次重復(fù)擦寫信息。可見,光致變色液晶高分子是非常有應(yīng)用前景的可逆光信息存儲(chǔ)材料。1988年Ikeda等人9又提出了光致變色液晶高分子信息存儲(chǔ)的光誘導(dǎo)等溫相轉(zhuǎn)變方法(PhotochemicallyinducedisothermalphasetransitionofthematrixPLC’s)。該方法與光記錄方法的原理基本一致,也

7、是通過激光照射已經(jīng)取向的光致變色液晶高分子樣品,使光致變色基團(tuán)發(fā)生光異構(gòu)化而誘導(dǎo)其附近區(qū)域的相轉(zhuǎn)變來存儲(chǔ)信息,不同之處在于此方法是先要將已經(jīng)取向的光致變色液晶高分子樣品加熱到液晶相溫度,然后用強(qiáng)度較弱的非偏振激光進(jìn)行信息的寫入。目前,光記錄方法與光誘導(dǎo)等溫相轉(zhuǎn)變方法均是光致變色液晶高分子進(jìn)行信息存儲(chǔ)的常用方法。由光致變色液晶高分子材料的信息存儲(chǔ)機(jī)理可知,它作為可逆光信息存儲(chǔ)材料具有有機(jī)光致變色材料及普通高分子光致變色材料無可比擬的優(yōu)越性6,7,10~13。首先,光致變色液晶高分子具有高分子材料的優(yōu)異的可加工性能。其次,它是通過光致變

8、色基團(tuán)的光異構(gòu)化對(duì)其周圍液晶相有序排列的擾動(dòng)來實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)的,因此體系折射率變化要比普通光致變色高分子材料中僅靠光致變色基團(tuán)光異構(gòu)化引起的體系折射率變化大一個(gè)數(shù)量級(jí),從而可以實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)的高分辨率及高信噪比。第三,它可以通過用遠(yuǎn)離其吸

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