纳米银—甲基橙共掺杂功能复合薄膜的制备与紫外光解特性研究

论文摘要

以存储密度高,寿命长为特点的光盘存储技术是信息科技的重要组成部分。高密度光盘已成为多媒体时代数据存储的关键设备。存储介质一直是高密度光存储技术中的瓶颈问题,于是寻求新型高性能光记录介质和发展新的高质量记录膜的制备方法,已成为当前的主要任务。与无机介质材料相比,有机介质材料具有灵敏度高,容易加工和便于调整结构性能等优点,但是,尽管对有机光存储材料的研究已有30多年的历史,却只有少数几种得以实用化。当前广泛使用的有机光存储介质材料包括偶氮类染料、花菁类染料、酞菁类染料等。由于偶氮类染料与其他几类染料相比不仅具有较好的光稳定性、易溶解、易制备等特点,更重要的是该材料通过结构修饰,最大吸收峰可以移到短波区（蓝绿光和蓝光）,有望作为更高密度光信息存储介质材料。本论文工作以通过结构修饰,最大吸收峰可以移到短波区为出发点,用纳米粒子与有机分子共掺杂的方法,阐述材料设计的思想,探索材料的制备工艺、形成过程与机理,并对材料的紫外光解特性进行了研究。论文的主要工作和结论如下:1.采用胶体化学法,以硼氢化钠为还原剂,以1wt.%聚乙烯醇（PVA）为稳定剂制备出棕银胶（BSC）。利用透射电子显微镜（TEM）观测了银纳米粒子的形貌结构,用紫外-可见分光光度计（UV-Vis）测量了BSC的吸收谱。实验显示,银粒子尺寸分布为10～17 nm,最大吸收峰位于397 nm处。通过与其他文献报道结果比较发现,用这一方法得到的球形银粒子尺寸分布较窄,空间分散均匀,粒子间无聚集,且具有良好的光吸收特性。2.对两种具有存储特性的有机分子偶氮染料甲基橙（MO）和乙基橙（EO）进行了溶剂效应实验。发现两种染料在不同极性的溶剂（乙醇、甲醇、水）中表现为随溶剂极性的增加吸收峰红移,并且在同种溶剂中MO比EO吸收峰更靠近短波方向。3.提出了实现金属粒子与染料分子共掺杂的两种工艺方法和步骤;给出了两种材料的结构模型（共混结构与包覆结构）;分析了两种结构材料的形成机理;利用spin-coating工艺制备出两种共掺杂薄膜:即共混结构MNPADC薄膜（co-mixing MBP film）和包覆结构MNPADC超分子复合膜（coating MBP film）。最后,给出了基于超分子结构的包覆共掺杂结构模型。4.给出了样品测试设计和实验装置;对样品的紫外-可见光谱与傅立叶变换-红外光谱进行了测量,分析比较了不同成分、不同结构的样品的紫外-可见光谱;分析比较了不同成分、不同结构的样品的傅立叶变换-红外光谱;重点研究了共掺杂功能复合膜的紫外光解特性。通过实验发现,紫外光对不同成分不同结构的薄膜中的甲基橙分子的降解作用不同。在没有掺杂纳米银粒子的MP薄膜中,降解作用最明显;在掺杂了纳米银粒子的复合膜中,降解作用有所减弱,分析认为,它应是纳米银粒子的纳米效应的作用的结果,即纳米银粒子对甲基橙的紫外光解起抑制作用;在包覆结构的MBP薄膜中,纳米银粒子的抑制作用更加明显。分析认为,与其形成的超分子结构有密不可分的关系;对样品的红外光谱进行了分析,对图中的基团特征振动波数进行了指认,对在不同光强、不同光解时间作用下的薄膜的红外光谱进行了对比。紫外光解的作用与光强成正比,与光解时间成正比。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 材料的分类
• 1.1.2 材料的掺杂研究
• 1.2 光存储技术介绍
• 1.2.1 光存储技术发展的历史
• 1.2.2 光盘存储的种类及相应参数
• 1.3 光存储介质材料的研究现状
• 1.3.1 无机光存储介质
• 1.3.2 有机光存储介质
• 1.3.3 偶氮类染料作为光存储介质的优势
• 1.4 纳米金属与偶氮染料包覆共掺杂课题的提出
• 1.5 本研究的主要内容
• 1.6 本研究的主要创新之处
• 1.7 本章小结
• 第2章 纳米银分散系的胶体化学法制备
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料和方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 银纳米粒子的制备
• 2.2.3 纳米银胶的透射电子显微镜检测
• 2.2.4 纳米银胶的紫外-可见分光光度计检测
• 2.3 纳米银粒子胶体化学法制备中的相关问题
• 2.3.1 制备工艺对银粒子尺寸的影响
• 2.3.2 银粒子直径大小与浓度的关系
• 2.3.3 提高银粒子浓度的方法
• 2.3.4 胶体的稳定性
• 2.4 本章小结
• 第3章 偶氮染料的溶剂化效应实验
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料和方法
• 3.2.1 实验材料与仪器
• 3.2.2 偶氮染料的紫外-可见分光光度计检测
• 3.3 结果和讨论
• 3.3.1 不同极性的溶剂对同一偶氮染料光吸收的影响
• 3.3.2 不同溶剂下偶氮染料的溶解性
• 3.3.3 不同基质材料的相关性质
• 3.4 本章小结
• 第4章 纳米银-甲基橙共掺杂功能复合薄膜的制备
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料和方法
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 共混结构复合薄膜的制备
• 4.2.3 包覆结构复合薄膜的制备
• 4.2.4 共混结构复合薄膜的结构表征与光吸收
• 4.2.5 包覆结构复合薄膜的结构表征与光吸收
• 4.3 纳米金属-偶氮染料超分子结构模型
• 4.4 本章小结
• 第5章 共掺杂功能复合薄膜的紫外光解特性研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验装置
• 5.3 样品测试设计
• 5.3.1 测试样品的制备
• 5.3.2 样品的光解方案
• 5.4 样品的紫外-可见光谱与红外光谱测量
• 5.4.1 检测仪器
• 5.4.2 测量方法
• 5.5 样品的紫外-可见吸收特性
• 5.5.1 样品薄膜的紫外-可见吸收光谱
• 5.5.2 共掺杂结构复合膜的紫外-可见吸收光谱比较分析
• 5.6 样品的红外光谱分析
• 5.6.1 样品薄膜的红外光谱
• 5.6.2 共掺杂结构复合膜的红外光谱比较分析
• 5.7 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本研究结论
• 6.2 研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果