专利名称：一类具有光电双响应的功能材料的用途的制作方法
技术领域：
本发明属于光电材料技术领域，特别涉及一类具有光电双响应的功能材料的用途。
背景技术：
随着信息网络技术的迅速发展，人们要处理的信息量与日剧增，对信息存储器件的性能提出了更高的要求，信息时代的发展迫切需要研究和开发高存储密度、快响应速度、长存储寿命以及多操作模式的材料和器件。有机材料由于其组成结构多变、易于裁剪组装和便于成型加工等优点而在信息存储领域备受重视Appl.Phys.Lett.73850；1998。此外它在分子开关WeinheimWiley-VCH，2001、分子导线Adv.Mater，939；1997、发光二极管Nature，397121；1999、逻辑门Adv.Mater.14401；2002等领域均具有重要的应用前景。
目前用于信息存储的基质大多为变色材料，其中主要是光致变色材料和电致变色材料。从光致变色材料用于信息存储的角度而言，材料A受一定能量的光子作用变成材料B实现存储过程，材料B在另一能量的光子或热的作用下转变成材料A实现信息的擦除。有机光致变色材料自60年代初开始进行研究，80年代初陆续合成具有新功能的光致变色化合物，目前对光致变色的研究大都集中在二芳基乙烯Chem.Rev.1001685；2000、俘精酸酐J.Chem.Soc.1202；1981、螺吡喃Adv.Mater.16125；2004、螺噁嗪Chem.Rev.1001741；2000、偶氮类J.Am.Chem.Soc.1041960；1982以及质子转移体系Chem.Lett.3268；2000等。
电致变色材料是指一类能对外加电场变化产生颜色可逆响应和具有开路记忆功能的电子材料。有机电致变色材料有氧化还原型化合物、金属有机配合物和导电聚合物化学通报，927；1993等类型。
综上所述，能够单独发生光响应或电响应的化合物种类很多，但是同时具有光电双稳特性尤其是在固态或晶态下具有良好的光电特性的化合物较为少见，此外，目前具有较好应用前景的分子体系大多比较复杂，表征比较困难，导致难于对其进行进一步的定量研究Phys.Rev.Lett.91188301；2003。所以寻找具有光电双稳特性的化合物并揭示分子在光电操作前后的结构-性能关系，对于扩大材料的应用领域，突破材料的性能局限，探索和理解此类化合物在存储领域的应用机理和分子设计方面具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一类具有光电双响应的功能材料的用途，以扩大材料的应用领域，突破材料的性能局限。
本发明所述的一类具有光电双响应的功能材料的用途①可用于逻辑开关。
②可用于光学图像和信息存储器件。
③可用于高密度光学存储，由该有机材料做成的存储器件存取速率快，信噪比高，因为非破坏性的存储和读出，能够实现多层立体存储，层与层之间无干扰，进一步提高存储容量。
④可用于电开关，可实现纳米尺度的超高密度信息存储，信息点直径为1～10纳米，存储密度高达1012bits/cm2以上。
⑤可用于非线性光学器件中。
本发明所述的一类具有光电双响应的功能材料，其化合物分子结构为 或 其中，R1、R2同时为C1～C6的烷基或氢原子。
当用高压汞灯照射上述材料样片时，其溶液或薄膜紫外吸收峰发生明显的变化，同时颜色也发生明显的变化，变化后能稳定存在，证明该材料是一种良好的光学双稳材料。在其薄膜两端施加一个合适的电压时，薄膜的电学特性发生明显的改变，薄膜由高阻态突然转变成低阻态，并且在室温下该低阻态可保持稳定，同时发生电学特性转变的区域颜色也发生明显的变化，真空退火可使薄膜的颜色恢复，证明该材料是一种良好的电开关材料。它属于平面型分子结构，该材料同时具有电学和光学双稳态特性。
本发明所述的材料同时具有光响应及电响应特性，可广泛应用于光子和电子器件中。在紫外光或电场的诱导下发生颜色改变，场诱导前后对应着两种稳定的状态。本发明的材料分子属于平面对称分子结构，实验表明这样对称的分子结构有利于薄膜的晶态生长，在微米范围内，用物理气相沉积方法所得薄膜表面非常平整，利用扫描隧道显微镜(STM)在薄膜上可实现超高密度信息存储，信息点直径为6nm，存储密度可达1012bits/cm2以上。同时又可用于光存储，由于荧光在照射前后发生明显的改变，因而可利用荧光差别进行数据的读出。
李建昌Appl.Phys.Lett.762532；2000在早期的研究中发现1，1-二氰基-2，2-(4-甲基-苯胺)乙烯(简称DDME)薄膜的电致变色特性，其分子结构为 本发明人进一步研究发现，所述化合物不仅具有电致变色特性，而且在合适的波长照射下也会发生变色，颜色由黄绿色变为无色，证实化合物的光响应特征。这样该类化合物便同时具有光响应及电响应，具有光电双重外场可控的双稳特性，因而可方便的利用光电两种操作模式对材料器件进行操作。本发明所述化合物既可以作为超高密度信息存储材料，实现纳米尺度的信息记录，又可以用于高密度快响应的光存储及非线性光学中，在光电材料器件方面具有重要的应用价值。与已报道的相比，本发明所述的材料不仅在固态或晶态下具有良好的光电特性，可以通过实现光、电双重高密度信息存储，而且具有结构简单、制备简便、成膜质量高、物理化学性质稳定的优点。
以下结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案，这些实施例仅用于说明本发明的目的，而不是对本发明的权利限制。
图1.本发明实施例1所蒸DDME薄膜的原子力(AFM)高度像图。
图2.本发明实施例2材料DDME的紫外一可见吸收光谱图。
图3.本发明实施例3材料的DDME薄膜的电学特性。
图4.本发明实施例4材料的DDME薄膜的光学存储图案。
图5.本发明实施例5采用STM技术在发明材料DDME薄膜上实现的电学存储图案。
具体实施例方式
实施例1.
请参见图1。AFM工作模式为轻敲模式。具体蒸镀方法为将发明材料DDME晶粒放入陶瓷坩锅中，在真空度10-3～10-4Pa下加热坩锅，约在90～100℃将材料蒸发沉积在新剥离的高定向裂解石墨(HOPG)上。当基底上薄膜达到所需厚度时即停止加热，并用挡板将基片挡住，蒸发过程中基底保持室温。AFM图像表明，在微米范围内材料薄膜表面非常平整，而这正是利用STM实现超高密度信息存储所必需的。
实施例2.
请参见图2。当用高压汞灯对DDME样品氯仿溶液进行照射时，溶液由黄绿色变为无色，对应着样品在430nm的紫外吸收峰由有到无，并且光照变色与溶剂的选择无关，对于乙醇、甲苯溶液也会发生类似的现象；对于不同浓度的溶液，光照时间与浓度呈正比，变色效应不依赖于溶液浓度。同时，光照变色后，溶液在室温下非常稳定，证实材料分子具有良好的光学双稳态。
实施例3.
请参见图3。用真空蒸镀的方法在导电玻璃上沉积一层DDME材料薄膜，然后在空白未沉积区域用银胶粘上一根金丝作为下电极，最后在薄膜上压一块粘有金丝的石墨作为上电极。在上下两电极施加电压测试薄膜的I-V特性曲线，发现当施加薄膜两端的电压为1.08V时，薄膜的阻态发生跃迁，即由高阻态突然变成低阻态，且在室温下该低阻态可保持稳定，证实材料具有良好的电学双稳态。
实施例4.
请参见图4。该图是在DDME薄膜上实现的一个光学存储图案。光存储时所用激光波长为355nm，平均功率为316mW。由于薄膜在光照前后具有两种稳定状态，分别对应不同的荧光性质，可利用两种状态荧光强度的反差进行数据的读取。读出利用荧光显微镜，激发波长为380nm，图中明暗对应着照射前后荧光强弱不同。荧光读出方式是一种非破坏性的读出，反复读取对图案质量无任何影响。图4结果表明DDME是一种良好的光信息存储材料。
实施例5.
请参见图5。该图是采用STM技术在发明材料DDME薄膜上实现的一个电学存储图案。在大气条件下，通过在STM针尖和HOPG基底间施加一系列电压脉冲，在薄膜的局域范围内将产生一个强电场，使得薄膜在电场作用区域内的电学性质发生变化，从而实现信息点阵的写入。图中每个亮点对应着一个信息记录点，电压脉冲为3.8V、10ms，信息点平均直径为6nm，信息存储密度高达1012bits/cm2以上。图5结果表明DDME是一种良好的超高密度电学存储材料。
实施例6.
当材料分子为如下所述的化合物时，材料也同时具有与DDME类似的光电双稳特性，同样在其薄膜上可实现光学和电学存储。制膜方法与DDME相同，当R1、R2同时为乙基时，对应分子结构为 或 具体制膜蒸镀方法为将发明材料晶粒放入陶瓷坩锅中，在真空度为10-3～10-4Pa下加热坩锅，约在110～120℃将材料蒸发沉积在新剥离的高定向裂解石墨(HOPG)上。当基底上薄膜达到所需厚度时即停止加热，并用挡板将基片挡住，蒸发过程中基底保持室温。
权利要求
1.一种具有光电双响应的功能材料的用途，其特征是所述的材料是用于制备逻辑开关材料、电开关材料、光学图像材料、高密度光电信息存储材料、信息处理器件材料或非线性光学器件的材料；所述的材料化合物分子结构为 或 其中，R1、R2同时为C1～C6的烷基或氢原子。
2.如权利要求1所述的用途，其特征是所述的用于电开关材料时，能实现纳米尺度的超高密度信息存储，信息点直径为1～10纳米，存储密度高达1012bits/cm2以上。
全文摘要
本发明属于光电材料技术领域，特别涉及一类具有光电双响应的功能材料的用途。材料的特征在于同时具有光响应及电响应，即在紫外光或电场的诱导下，具有很强的刺激—响应性能，因而对应光电两种操作模式。材料可形成大面积的晶态薄膜，并且在固体膜中具有较强的荧光。该材料可用于高密度信息存储和信息处理器件等，应用范围广。
文档编号C09K9/02GK1676569SQ20041003072
公开日2005年10月5日 申请日期2004年4月1日 优先权日2004年4月1日
发明者姜桂元, 宋延林, 温永强, 元文芳, 江雷 申请人:中国科学院化学研究所