精细化工生产技术-第十二章 信息存储材料用化学品

第十二章信息存储材料
学习目的与要求：
信息材料是指与现代信息技术相关的，用于信息的收集、存储、处理、传递和显示的材料。

通过本章的学习，了解信息材料的特点和分类，了解信息材料的应用范围，了解微电子芯片技术材料，信息传感材料，信息存储材料和信息显示材料的主要类别及典型品种的结构，性质及制备方法。

一、概述
信息材料是指与现代信息技术相关的，用于信息的收集、存储、处理、传递和显示的材料。

1、发展
信息的传播
纸张的发明----印刷发明----19世纪开始的光、电、磁记录方法和研究进步：可保存性、可利用性、可在开发性等方面
最新研究：相变光记录材料
2、分类
具有信息存储功能的器件主要是一些存储器，
铁电存储器--固定只读存储器（ROM）、可编程只读存储器（PROM）、紫外光改写的只读存储器（UVEPROM）、电可改写只读存储器（E2-
PROM）、闪烁只读存储器（Flash ROM）、静态随机存储器（SRAM）
和动态随机存储器(DRAM)等半导体存储器；铁电随机存取存储器
（FRAM）和高容量动态随机存取存储器（DRAM）等磁存储器--磁带、硬磁盘、软磁盘等
光盘存储器--CD-A、VCD、CDROM、CD-R、CD-RW、相变光盘（PD）、磁光盘（MO）、微型磁光盘（MD）、DVD、DVD-R、DVD-ROM、
DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW、蓝光盘等
此外还有光子选通光谱烧孔存储器、全息存放器、近场扫描光纤存储器、超分辨近场光学存储器、基于扫描隧道显微镜和原子力显微镜探针技术的纳米存储器等。

相应地，用来制作这些信息存储器件的信息存储材料主要有半导体存储材料、铁电存储材料、磁存储材料、有机光存储染料、磁光存储材料、相变存储材料、光谱烧孔材料、光折变晶体和光折变聚合物材料、分子存储材料、纳米存储
材料等。

二、信息存储材料
1、定义
信息存储材料是指用于各种存储器的一些能够用来记录和存储信息的材料。

2、原理
在一定强度的外场（如光、电、磁或热等）作用下会发生从某种状态到另一种状态的突变，并能在变化后的状态保持比较长的时间，而且材料的某些物理性质在状态变化前后有很大差别。

因此，通过测量存储材料状态变化前后的这些物理性质，数字存储系统就能区别材料的这两种状态并用“0”和“1”来表示它们，从而实现存储。

如果存储材料在一定强度的外场作用下，能快速从变化后的状态返回原先的状态，那么这种存储就是可逆的。

3、分类
信息存储材料的种类很多，主要包括半导体存储器材料、磁存储材料、无机光盘存储材料、有机光盘存储材料、超高密度光存储材料和铁电存储材料等。

它们实现信息存储的原理各不相同，存储性能也有很大差异。

因此，不同场合应选用不同的信息存储材料。

三、典型产品
（一）、磁存储（记录）材料
磁存储材料又称为磁记录材料。

特点：磁记录过程是电子自旋的翻转过程，同其他记录方法比较，磁记录的输入和输出的速度快，存贮的信息可长期保留，又可多次重录使用，
一步记录、可及时检验所录信息，也适用于全息法记录信息，记录成
本低，维护简单，宜于大批量生产和应用。

应用：磁记录已广泛应用于声音、图像、计算机用数字信息，测量用模拟数据的存储等领域。

分类：磁记录产品是借磁性介质贮存信息，磁性介质主要有金属薄膜和涂布型磁粉两大类，主要介绍涂布型磁记录用磁粉材料。

磁记录用磁粉包括针状的γ–Fe
2O
3
,Co-γ-Fe2O3,CrO
2
,Co-Fe
3
O
4
, Fe
3
O
4
和金
属磁粉，立方状的Fe
3O
4
，以及六角片状的钡铁氧体BaO·6Fe
2
O
3
，锶铁氧体
SrO.6Fe
2O
3
和Co-Ti钡铁氧体等。

目前，世界上每年所需的近二百亿盒录音带，
一百多亿盒录像带，近四百亿片软磁盘及几亿片硬盘中的90%以上都是采用磁粉涂布型介质。

近几年，磁记录介质的研究主要集中在高密度数字记录材料的开发和低成本的磁性材料生产工艺和涂布方法。

1．针状四氧化三铁磁粉
针状四氧化三铁磁粉其结构为：Fe
3O
4
；立方晶体结构；亚铁磁性。

相对分子
质量231.53。

性状：黑色粉末，溶于热盐酸，不溶于水和有机溶剂。

密度d=5197kg/m3。

生产方法二价铁盐溶液中加入NaOH溶液，空气氧化生成针状铁黄FeOOH，铁黄过滤，水洗后干燥。

干燥的铁黄在270～300℃热处理脱水后于550℃焙烧约
30min，制备得到中间产物针状铁红α-Fe
2O
3
,针状铁红通过还原方法得到产物针
状Fe
3O
4
磁粉。

在氮气保护下降温到80～100℃后，用空气氧化2～3h，以提高四
氧化三铁磁粉的抗氧化稳定性。

2FeOOH（s）→α-Fe
2O
3
（s）+H
2
O（g）
α-Fe2O3（s）+H2（g）→Fe3O4（s）+H2O（g）
用途录音磁带，磁性黑水字符识别系统。

2．λ-三氧化二铁磁粉
λ-三氧化二铁磁粉其结构为：λ-Fe2O3立方晶体结构α=0.833nm,c/α=3;亚铁磁性。

相对分子质量159.6882。

性状：棕色粉末。

溶于热盐酸。

不溶于水和有机溶剂。

用途录音磁带，数据磁带。

3．包钴-λ三氧化二铁磁粉
包钴-λ三氧化二铁磁粉其结构：（CoFe2O4）x-λ-Fe2O3,0＜x＜1；立方晶体结构；亚铁磁性。

性状：棕色或褐色粉末。

溶于热盐酸。

不溶于水和有机溶剂。

用途录音磁带，录像磁带，数据磁带，软磁盘。

（二）垂直磁记录用磁粉
垂直磁记录的基本特点是退磁场Hd随着记录波长变小而减小，因此在高密度记录时不需要薄的介质，可以大大提高信噪比。

1.钡铁氧体磁粉
钡铁氧体磁粉其结构：BaO·6Fe2O3；六角晶系；亚铁磁性。

性状：褐色粉末。

溶于热盐酸。

不溶于水和有机溶剂。

用途磁卡，磁票。

2．锶铁氧体磁粉
锶铁氧体磁粉其结构：SrO.6Fe2O3;六角晶系；亚铁磁性。

性状：居里温度462℃；密度5150kg/m3。

用途磁卡，磁票。

二、光存储材料
光盘存储技术是从20世纪70年代初期开始发展起来的一种新型信息存储技术。

1972年荷兰飞利浦公司率先提出了一种利用激光束读取信息的新型存储媒体，称为激光反射式视盘（LD）。

1982年，随着数据压缩技术水平的提高，荷兰飞利浦公司和日本索尼联合推出了又一种称为缩微光盘（CD）的数字化新型光盘，从而开创了激光数字光盘的新纪元。

按照读、写、擦等功能分类，可分为只读式光盘、一次写入光盘（CD-R）和可擦重写光盘等三大类。

（一）无机光盘存储材料
1．只读式光盘材料
只读式光盘CD的膜层结构相对较简单，一般由聚碳酸酯树脂盘基、Al反射膜构成。

2．可擦重写光盘存储材料
可擦写光盘存储材料按照光盘读、写、擦原理的不同，主要分为磁光材料和相变材料两种。

MO和MD等磁光盘采用磁光存储材料；相变光盘PCD、PD、CD-RW、DVD-RAM、DVD-RW和DVD+RW等光盘都采用相变材料。

（1）磁光材料经过多年的研究开发，用于磁光盘的磁光存储材料已有很大发展，大致可分为稀土-过渡金属（RE-TM）非晶态合金薄膜、石榴石氧化物薄膜，Pt-Co成分调制膜和Pt-Co合金薄膜、Mn基大磁光效应材料等。

（2）相变材料 1971年，Ovshinsky等人报道了用毫微秒脉冲激光辐照下
Te基合金使其产生晶相←→非晶相互变的研究工作。

指出了这种材料的基于反射率跃变的光开关效应用于可擦重写光存储的可能性。

此后，许多科学工作者都致力于这方面的研究，涌现了一大批具有可逆光存储性能的相变新材料。

这些材料大多由元素周期表中Ⅲ-Ⅳ族的一些半导体元素构成，主要成分为Te基、Se 基和InSb基合金三大类。

（二）有机光盘存储材料
优点：与无机光存储材料相比，有机光存储材料的优点是灵敏度高，易于制备和价格低廉。

因此，20多年来，对有机光存储材料的研究也引起了光盘领域研究人
员的广泛兴趣。

各国研究人员已研究过的有机光存储材料，从种类和数
量上来说，并不比无机光存储材料少。

缺点：但由于有机光存储材料普遍存在的光、热稳定性差，易于老化，用于可逆存储时需双光束光源，擦除速度慢等
迄今为止仅有少数有机金属络合物在一次写入光盘如CD-R和DVD-R中
得到实际使用。

可录式激光光盘（CD-R）是在一定强度激光的照射下，记录层发生不可逆的物理或化学变化，从而改变光的反射强度来进行信息记录。

用作CD-R记录介质的有机染料有很多种，按照结构可分为以下几种。

①菁染料②酞菁染料③醌型稠环芳香化合物④其他类型的染料。

偶氮染料、苯亚胺染料、噻唑啉染料、二酮类染料、聚芳环类染料和金属络合物染料等也可以作为一次性写入的光盘记录介质。

复习思考题
1.什么叫信息储存材料?主要包括哪些材料?
2.磁存储材料有哪些特点?
3. 用于磁光盘的磁光存储材料可分为哪几类材料?
4. 相变光存储材料主要是哪些合金?。