光酸聚合物掺杂的螺噁嗪或螺吡喃可逆光致变色薄膜及其制备方法和用途技术

本发明专利技术属于材料化学领域，涉及一类稳定光存储材料，特别涉及光酸聚合物掺杂的螺噁嗪或螺吡喃可逆光致变色薄膜及其制备方法和用途。以螺噁嗪或螺吡喃为原料，将以上原料分别与一种光功能性的掺杂介质－光酸聚合物聚偏氯乙烯－丙烯酸甲酯（ＰＶＤＣ）混合，分别在石英玻璃上制备薄膜，利用ＰＶＤＣ在紫外光的照射下释放出酸性物质氯化氢，来稳定掺杂的螺噁嗪或螺吡喃的开环态；该薄膜在紫外光照射后用可见光照射，螺噁嗪或螺吡喃又回复到闭环态。光酸聚合物掺杂的螺噁嗪或螺吡喃可逆光致变色薄膜能够用于制备光存储器件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料化学领域，涉及一类稳定光存储材料，特别涉及光酸聚 合物掺杂的螺噁嗪或螺吡喃可逆光致变色薄膜及其制备方法和用途。
技术介绍
基于光致变色光存储材料的光存储技术，以其快速、高兼容、高密度、 无损读出和可擦除性等优点而倍加关注。螺噁嗪或螺吡喃类分子作为光致变 色类分子中的一个大家族，其光反应的物理化学机理及作为光信息存储材料 的应用，已经得到广泛的研究。螺噁嗪或螺吡喃除了可以在外界光刺激的作 用下开环，还可以络合质子等阳离子而开环。而络合质子的螺噁嗪或螺吡喃 在接受外界光剌激下发生其闭环结构和开环部花菁结构之间的可逆转变。原 始的螺噁嗪或螺吡喃分子的开环结构很不稳定，极易回复到闭环结构。化学 家们研究表明，通过接入硝基等吸电子基团降低苯环体系的电子云密度可以 稳定开环结构。然而强的氧化性基团的引入，使得分子的开环结构极易氧化 而变性。而络合入质子等阳离子同样可以降低苯环体系的电子云密度而稳定开环结构。如文献J. Chem. Soc. 1952， 4522所述，其机理如下面反应式所 述<formula>formula see original document page 4</formula>聚偏氯乙烯是一类工业常用的高分子聚合物，其在紫外光的照射下会诱 导出少量氯自由基，而分解释放出强酸性的氯化氢，从而可作为一种光酸聚合物。(K.I.Jacobson and R.E. Jacobson ， /網g/g，Mec/^w/s附s aw<i<formula>formula see original document page 5</formula>利用光酸聚合物制备光响应开环态稳定的可逆光致变色的螺噁嗪或螺吡 喃固体薄膜，并成功的应用于可逆光信息存储，还未见文献报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用光酸聚合物改善螺噁嗪或螺吡喃光存储稳定性， 从而提供一种光酸聚合物掺杂的螺噁嗪或螺吡喃可逆光致变色固体薄膜。本专利技术的再一目的是提供光酸聚合物掺杂的螺噁嗪或螺吡喃可逆光致变 色薄膜的制备方法。本专利技术的还一目的是提供光酸聚合物掺杂的螺噁嗪或螺吡喃可逆光致变 色薄膜的用途，用以制备稳定的可用于可逆光信息存储的薄膜。本专利技术的光酸聚合物掺杂的螺噁嗪或螺吡喃可逆光致变色薄膜的组成成 分为螺噁嗪或螺吡喃和光酸聚合物聚偏氯乙烯-丙烯酸甲酯，其中螺噁嗪或螺吡喃与光酸聚合物聚偏氯乙烯-丙烯酸甲酯的质量比为1 :20 50;该薄膜在紫外光照射下，螺噁嗪或螺吡喃在光响应开环的同时，能够使 聚偏氯乙烯-丙烯酸甲酯释放出氯化氢来稳定掺杂的螺噁嗪或螺吡喃的开环 态，以改善螺噁嗪或螺吡喃光存储稳定性；该薄膜在紫外光照射后用可见光波长分别是螺噁嗪或螺吡喃的特征吸收 波长的可见光照射，螺噁嗪或螺吡喃又回复到闭环态。所述的紫外光的波长优选是254 nm。所述的薄膜在紫外光照射后，在25分钟内荧光发射平稳、稳定。本专利技术的光酸聚合物掺杂的螺噁嗪或螺吡喃可逆光致变色薄膜是以螺噁嗪或螺吡喃为原料，将以上原料分别与一种光功能性的掺杂介质一光酸聚合物聚偏氯乙烯-丙烯酸甲酯(PVDC)混合，分别在石英玻璃上制备薄膜，利用 PVDC在紫外光的照射下释放出酸性物质氯化氢，来稳定掺杂的螺噁嗪或螺 吡喃光响应的开环态。本专利技术的光酸聚合物掺杂的螺噁嗪或螺吡喃可逆光致变色薄膜的制备方 法是(1) .以螺噁嗪或螺吡喃为原料，将以上原料分别与光酸聚合物聚偏氯 乙烯-丙烯酸甲酯混合，其中螺噁嗪或螺吡喃与光酸聚合物聚偏氯乙烯-丙烯酸 甲酯质量比为1 : 20 50;将混合物溶于四氢呋喃，制成螺噁嗪或螺吡喃的 0. 5 1. 0X 10—3摩尔/升四氢呋喃溶液；(2) .将步骤(1)的混合物的溶液(旋涂法或滴涂法等)分别在石英玻 璃上制备均匀透明的薄膜；(3) .用紫外光照射步骤(2)制备的薄膜，螺噁嗉或螺吡喃光响应开环 的同时，使聚偏氯乙烯-丙烯酸甲酯释放出氯化氢来稳定掺杂的螺噁嗪或螺吡 喃的开环态，以改善螺噁嗪或螺吡喃光存储稳定性；在紫外光照射后用可见 光波长分别是螺噁嗪或螺吡喃的特征吸收波长的可见光照射，螺噁嗪或螺吡 喃又回复到闭环态。本专利技术的光酸聚合物惨杂的螺噁嗪或螺吡喃可逆光致变色薄膜能够用于 制备光存储器件，所述的光存储器件可用于可擦除的光信息存储。本专利技术的光酸聚合物掺杂的螺噁嗪或螺吡喃可逆光致变色薄膜可进-步 制备稳定的可用于可逆光信息存储的薄膜。如光酸PVDC介质中掺杂的N-丙 酸基-4-硝基螺吡喃，紫外光照后引入的质子(氯化氢)保护了苯环上的氧负 离子，防止其被硝基氧化，稳定了开环体，改善了 N-丙酸基-4-硝基螺吡喃在 固态膜中的光化学可逆性，即光信息存储应用中的耐疲劳性。在应用于光信 息存储时，将N-丙酸基-4-硝基螺吡喃的PVDC薄膜进行图案化，用荧光共聚 焦显微镜读出信息写入的荧光图案。所述的螺噁嗪是N-丙酸基-苯并螺噁嗪或5-羟基苯并螺噁嗪。所述的螺吡喃是N-丙酸基-4-硝基螺吡喃。所述的紫外光的波长优选是254 nm。本专利技术特征1. 通过引入氯化氢质子，用质子络合提高螺噁嗪或螺吡喃开环结构中苯 环的氧，从而稳定开环结构，提高了螺噁嗪或螺吡喃的开环效率与光化学反应产率。2. 在光致变色的螺噁嗪或螺吡喃对紫外光响应而开环的同时，利用光酸 聚合物一聚偏氯乙烯-丙烯酸甲酯，通过紫外光的刺激引入氯化氢质子。通过 紫外光刺激，既实现了螺噁嗪或螺吡喃分子的结构开环，又同时实现了质子 酸的释放，方法协同、简洁。3. 在光酸聚合物一聚偏氯乙烯-丙烯酸甲酯中，如采用质子络合可降低4-硝基螺吡喃开环结构中苯环上的电子云密度，保护了氧负离子，防止了氧 化副反应的发生，改善了 4-硝基螺吡喃在固态薄膜中的光反应可逆性，提高 了其用于可擦除光信息存储的耐疲劳性。4. 以聚偏氯乙烯-丙烯酸甲酯为分散体系，既实现了光酸的引入，又不影 响分散其中的光响应化合物分子的光响应性。可成功的作为一种功能分散介 质，用于制备光信息存储薄膜。附图说明图l.本专利技术实施例1的N-丙酸基-苯并螺噁嗪(NSPO)在聚甲基丙烯酸甲 酯(PMMA)薄膜的吸收光谱图。图2.本专利技术实施例1的NSP0在聚偏氯乙烯-丙烯酸甲酯(PVDC)薄膜中的 吸收光谱图。图3.本专利技术实施例2的5-羟基苯并螺噁嗪(HSP0)在聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)薄膜的吸收光谱图。图4.本专利技术实施例2的HSPO在PVDC薄膜的吸收光谱图。 图5.本专利技术实施例3的N-丙酸基-4-硝基螺吡喃(NSPR)在PMMA薄膜的吸 收光谱图。图6.本专利技术实施例3的NSPR在PVDC薄膜的吸收光谱图。 图7.本专利技术实施例4的NSPR在PMMA薄膜外光照后的荧光衰减图。 图8.本专利技术实施例4的NSPR在PVDC薄膜外光照后的荧光衰减图。 图9.本专利技术实施例5的NSPR在PMMA薄膜中的光反应可逆耐疲劳图。 图10.本专利技术实施例5的NSPR在PVDC薄膜中的光反应可逆耐疲劳图。 图11.本专利技术实施例6的NSPR在PMMA薄膜的荧光光谱图。图12.本专利技术实施例6的NSPR在PVDC薄膜的荧光光谱图。图13.本专利技术实施例6的NSPR在PVDC薄膜的光存储荧光共聚焦图像。具体实施例方式下面结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光酸聚合物掺杂的螺噁嗪或螺吡喃可逆光致变色薄膜，其特征是：所述的薄膜的组成成分为螺噁嗪或螺吡喃和光酸聚合物聚偏氯乙烯－丙烯酸甲酯，其中螺噁嗪或螺吡喃与光酸聚合物聚偏氯乙烯－丙烯酸甲酯的质量比为１∶２０～５０；该薄膜在紫外光照射下，螺噁嗪或螺吡喃在光响应开环的同时，能够使聚偏氯乙烯－丙烯酸甲酯释放出氯化氢来稳定掺杂的螺噁嗪或螺吡喃的开环态，以改善螺噁嗪或螺吡喃光存储稳定性；该薄膜在紫外光照射后用可见光波长分别是螺噁嗪或螺吡喃的特征吸收波长的可见光照射，螺噁嗪或螺吡喃又回复到闭环态。

【技术特征摘要】
1. 一种光酸聚合物掺杂的螺噁嗪或螺吡喃可逆光致变色薄膜，其特征是: 所述的薄膜的组成成分为螺噁嗪或螺吡喃和光酸聚合物聚偏氯乙烯-丙烯酸甲 酯，其中螺噁嗪或螺吡喃与光酸聚合物聚偏氯乙烯-丙烯酸甲酯的质量比为1 : 20 50;该薄膜在紫外光照射下，螺噁嗪或螺吡喃在光响应开环的同时，能够使 聚偏氯乙烯-丙烯酸甲酯释放出氯化氢来稳定掺杂的螺噁嗪或螺吡喃的开环态，以改善螺噁嗪或螺吡喃光存储稳定性；该薄膜在紫外光照射后用可见光波长分别是螺噁嗪或螺吡喃的特征吸收 波长的可见光照射，螺噁嗪或螺吡喃又回复到闭环态。2. 根据权利要求1所述的薄膜，其特征是所述的螺噁嗪是N-丙酸基-苯并螺噁嗪或5-羟基苯并螺噁嗪。3. 根据权利要求1所述的薄膜，其特征是所述的螺吡喃是N-丙酸基_4-硝基螺吡喃。4. 根据权利要求1所述的薄膜，其特征是所述的薄膜在紫外光照射后， 在25分钟内荧光发射平稳、稳定。5. 根据权利要求1或4所述的薄膜，其特征是所述的紫外光波长为254nm06. —种根据权利要求1 5任一项所述的薄膜的制备方法，其特征是(1) .以螺噁嗪或螺吡喃为原料，将以上原料分别与光酸聚合物聚偏氯 乙烯-丙烯酸甲酯混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：李风煜，王森，宋延林，杜大明，江雷，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]