一種高密度長壽命數(shù)據(jù)存儲光盤及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種由雜化材料和金屬材料復(fù)合而成具有超長壽命的數(shù)據(jù)存儲光盤， 特別涉及貴金屬納米結(jié)構(gòu)直接分散于一種由無機(jī)材料與有機(jī)材料雜化而形成的復(fù)合材料 的數(shù)據(jù)存儲光盤及其制備方法，以及其在高密度光存儲方面的應(yīng)用，屬于光信息存儲技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著計算機(jī)技術(shù)的普及、互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，各種信息呈爆炸式的增加，人們的日 常生活也很大程度上依賴于信息。信息數(shù)據(jù)化后，就需要更高存儲密度、更大存儲容量、更 快存取速度、更長壽命、更低成本的數(shù)據(jù)存儲器。而對于存儲技術(shù)而言，最為關(guān)鍵的就是存 儲介質(zhì)以及寫入/讀取信息的方式。目前，可用于數(shù)字信息存儲的技術(shù)主要包括磁存儲、 光存儲及固態(tài)存儲三種，這些存儲技術(shù)都各自存在發(fā)展空間。隨著多種光學(xué)效應(yīng)的應(yīng)用和 薄膜技術(shù)的不斷發(fā)展，光存儲成為主流存儲之一，各種功能薄膜成為存儲介質(zhì)，運用納米技 術(shù)，使信息點的尺寸達(dá)到納米級別，實現(xiàn)高密度存儲。光存儲盤因其便于攜帶、盤片易更換、 存儲密度高及保存壽命較長等優(yōu)點，在媒體傳播、數(shù)據(jù)存檔等許多領(lǐng)域具有廣泛的用途，不 僅商業(yè)性規(guī)模生產(chǎn)方面獲得巨大成功，在技術(shù)上也不斷取得新突破，形成了一項獨立的高 科技產(chǎn)業(yè)，以光盤為代表的光學(xué)數(shù)字式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)已成為當(dāng)代信息社會中不可缺少的信 息載體。
[0003] 在存儲技術(shù)上，傳統(tǒng)的磁存儲、光存儲和半導(dǎo)體存儲受到超順磁效應(yīng)、衍射現(xiàn)象和 最小光刻單元的限制而存在物理極限。在磁存儲技術(shù)中，縱向磁記錄由于受到退磁場引起 過渡區(qū)展寬限制，過小磁疇尺寸難以長久保持信息，相對應(yīng)過高的矯頑力使磁頭難以寫入 數(shù)據(jù)，還有熱穩(wěn)定性、噪聲等相關(guān)問題，故而提出了垂直磁記錄技術(shù)和巨磁阻磁頭，雖然減 小了退磁場和提高了靈敏度，使得存儲密度有所增大，但也不能擺脫超順磁效應(yīng)的限制。光 存儲技術(shù)包括光盤存儲技術(shù)、磁光存儲技術(shù)、近場光學(xué)存儲技術(shù)、全息存儲技術(shù)以及雙光子 存儲技術(shù)等。傳統(tǒng)的遠(yuǎn)場光學(xué)存儲技術(shù)受到衍射現(xiàn)象的限制數(shù)據(jù)斑不可能過小，這就意味 存儲密度存在極限，新型存儲技術(shù)的出現(xiàn)使得光存儲密度大幅增大，但這些技術(shù)還大多處 于實驗室研究狀態(tài)，遠(yuǎn)未達(dá)到實用狀態(tài)。半導(dǎo)體存儲技術(shù)分為易失性和非易失性兩種。易 失性存儲器雖然具有很高的讀取速率，但由于不能掉電保存數(shù)據(jù)，限制了其在除內(nèi)存外的 應(yīng)用領(lǐng)域；作為非易失性存儲器的代表，閃存雖然可以長期保存數(shù)據(jù)，但受其加工時最小光 刻單元的限制（目前認(rèn)為很難達(dá)到35nm以下），其存儲容量不能大幅擴(kuò)大，限制了其應(yīng)用 領(lǐng)域。后又有實驗室為了避免集成度的限制嘗試了Bottom-up的研究思路，采用掃描探針 顯微存儲技術(shù)直接從原子和分子尺度對存儲技術(shù)進(jìn)行設(shè)計、制造半導(dǎo)體存儲器，其中碳納 米管制造分子級非易失性存儲器也成為了熱點。但也由于探針與表層磨損，壽命短，且探針 作為讀寫頭，完全不能滿足讀寫要求，有人嘗試用探針陣列進(jìn)行讀寫，大大增加了成本?？?的來說，存儲領(lǐng)域已經(jīng)比較成熟，但滿足更高需求的新型存儲技術(shù)還只是暫露頭角。綜上所 述，磁存儲、光存儲和半導(dǎo)體存儲技術(shù)是目前發(fā)展的最為成熟且應(yīng)用最廣泛的信息存儲技 術(shù)，它們的存儲容量和讀寫速率也在逐年遞增，但由超順磁效應(yīng)、衍射現(xiàn)象和最小光刻單元 帶來的物理極限使得這些存儲技術(shù)的存儲密度不能無限增加，因此，要突破這些物理極限 就需要從機(jī)理上入手，尋找并研究新機(jī)理存儲技術(shù)。
[0004] 從新的存儲機(jī)理著手研究，實現(xiàn)高密度大容量數(shù)據(jù)存儲是今后發(fā)展的基本方向。 目前，大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)發(fā)展的原理主要有：體全息存儲技術(shù)、空間三維及多維存儲、近 場光學(xué)與超分辨技術(shù)、光量子效應(yīng)與電子轉(zhuǎn)移效應(yīng)、多光子多波長技術(shù)、多維矩陣組合編碼 及多通道并行讀寫技術(shù)等。2009年澳大利亞顧敏院士提出了激光五維存儲技術(shù)，該存儲技 術(shù)的基本思路是將金納米棒分散到PVA(聚乙烯醇）中制成光盤。數(shù)據(jù)寫入時，采用特定偏 振態(tài)、特定波長的高功率密度飛秒激光脈沖照射光盤表面，輻照區(qū)域內(nèi)的高吸收性納米棒 被燒蝕成球狀納米顆粒，而吸收系數(shù)低的納米棒，以及未受照射區(qū)域的金納米棒仍然保存 完好。數(shù)據(jù)讀取時，米用相應(yīng)偏振態(tài)和波長的低功率密度飛秒激光掃描光盤表面，未被燒蝕 成球形納米顆粒的納米棒將被激發(fā)發(fā)射雙光子熒光，記錄該熒光發(fā)射位置的分布。激光五 維存儲技術(shù)可以將現(xiàn)有尺寸光盤的數(shù)據(jù)記錄量提高到TB量級，數(shù)據(jù)存儲密度極高。
[0005] 但是，激光五維存儲技術(shù)以納米金作為數(shù)據(jù)記錄點，納米金價格不菲，如果存儲介 質(zhì)的使用壽命不長，其應(yīng)用前景并不樂觀，開發(fā)出長壽命數(shù)據(jù)存儲光盤是該技術(shù)得以推廣 的基礎(chǔ)。制備純無機(jī)材料光盤是長壽命光盤的發(fā)展方向，例如陶瓷或玻璃質(zhì)的光盤，但是陶 瓷或玻璃往往需要高溫?zé)Y(jié)，而金納米棒無法承受如此高溫，傳統(tǒng)工藝無法借用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種高密度長壽命數(shù)據(jù)存儲光盤及其制備方法，該方法制 備的數(shù)據(jù)存儲光盤熱力學(xué)性能穩(wěn)定，可實現(xiàn)記錄數(shù)據(jù)的長久保存。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種高密度長壽命數(shù)據(jù)存儲光盤， 其特征在于(基本結(jié)構(gòu)為）：玻璃基片表面覆蓋一層雜化材料薄膜，或者平底容器(平底圓柱 狀容器）內(nèi)表面覆蓋一層雜化材料片樣；雜化材料中分散著高密度的金納米棒(所述雜化材 料為雜化材料薄膜或雜化材料片樣的材料)。
[0008] -種高密度長壽命數(shù)據(jù)存儲光盤的制備方法，其特征在于它包括如下步驟： 1) 制備AuNRs(金納米棒）水溶液； 2) 含AuNRs雜化材料的混合液的制備：將正硅酸甲酯（TM0S)、聚乙二醇（PEG)、聚環(huán)氧 乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷(三嵌段共聚物P123)以及去離子水（H2O)混合，形成雜化材 料溶液，待溶液澄清后加入稀鹽酸（HCl)繼續(xù)攪拌，得到混合液；再將制備好的不同長徑比 AuNRs(金納米棒）水溶液均勻分散在上述混合液中，得到含AuNRs雜化材料的混合液； 3) 將含AuNRs雜化材料的混合液通過旋涂法在玻璃表面制成薄膜試樣，或者采用壓鑄 法將含AuNRs雜化材料的混合液制成片狀樣，得到高密度金納米棒分散于PEG-SiO2雜化材 料的長壽命數(shù)據(jù)儲存光盤。
[0009] 按上述技術(shù)方案，正硅酸甲酯（TM0S)、聚乙二醇（PEG)、聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙 烷-聚環(huán)氧乙烷(三嵌段共聚物P123)、去離子水（H20)、稀鹽酸的配比為：1. 0ml:0. 04g-0. 48 g: 0.Olg-O. 12g: 0. 5ml: 0. 05g〇
[0010] 按上述技術(shù)方案,含AuNRs雜化材料的混合液、AuNRs(金納米棒）水溶液的配比 為：150ul:110ul。
[0011] 按上述技術(shù)方案，AuNRs(金納米棒）水溶液中金納米棒的長度為15-100納米，納 米棒直徑、長徑比均連續(xù)可調(diào)。
[0012] 按上述技術(shù)方案，在玻璃表面制成薄膜試樣，薄膜的厚度為1. 5微米。
[0013] 按上述技術(shù)方案，采用壓鑄法將含AuNRs雜化材料的混合液制成片狀樣，片狀的 厚度為1. 5微米。
[0014] 該工藝技術(shù)滿足低溫制備具有一定厚度長壽命數(shù)據(jù)存儲光盤的要求，并實現(xiàn)基于 激光五維存儲技術(shù)的數(shù)據(jù)讀寫。
[0015] 所得到的雜化材料膜厚度，雜化材料中有機(jī)無機(jī)組分含量、金納米棒密度均連續(xù) 可調(diào)。所得到的雜化材料壓鑄片厚度，雜化材料中有機(jī)無機(jī)組分含量、金納米棒密度均連續(xù) 可調(diào)。金納米棒的長度在100納米以下，納米棒直徑、長徑比均連續(xù)可調(diào)。
[0016] 本發(fā)明突破了現(xiàn)有激光五維存儲激光所用光盤材料的局限，避開了制備純無機(jī)存 儲介質(zhì)所需的高溫?zé)Y(jié)，設(shè)計了一種由PEG(聚乙二醇)、P123 (聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚 環(huán)氧乙烷)、正硅酸甲酯(氧化硅)、金納米棒組成的數(shù)據(jù)存儲光盤，此光盤的組成成份均為 化學(xué)穩(wěn)定性及熱力學(xué)穩(wěn)定性很高的材料，可以長時間保存。
[0017] 本發(fā)明所設(shè)計的數(shù)據(jù)存儲光盤，其基本結(jié)構(gòu)有兩種：一種為玻璃基片表面覆蓋一 層雜化材料薄膜，該薄膜內(nèi)有高密度分散的金納米棒；另一種為由分散有金納米棒的雜化 材料壓鑄而制成的圓片狀樣品。
[0018] 本發(fā)明的特點之一在于設(shè)計了一種高密度數(shù)據(jù)存儲光盤的結(jié)構(gòu)，該光盤存儲密度 的提高不依賴于減小激光波長和增加物鏡孔徑來實現(xiàn)。
[0019] 本發(fā)明的特點之二在于提供了所設(shè)計的由無機(jī)有機(jī)雜化材料、金屬材料組裝而成 的高密度數(shù)據(jù)存儲光盤的制備方法。
[0020] 本發(fā)明的特點之三在于所設(shè)計的數(shù)據(jù)存儲光盤解決目前所用光盤在長期保存中 存在的化學(xué)穩(wěn)定性和熱力學(xué)穩(wěn)定性差的問題，熱力學(xué)性能穩(wěn)定，實現(xiàn)了記錄數(shù)據(jù)的長久保 存。
[0021] 本發(fā)明的有益效果是：該方法制備的數(shù)據(jù)存儲光盤熱力學(xué)性能穩(wěn)定，可實現(xiàn)記錄 數(shù)據(jù)