一種靜電直寫的微納光相變纖維及其制備方法和應用技術

本發明專利技術公開了一種靜電直寫的微納光相變纖維及其制備方法和應用，屬于相變材料制備技術領域。本發明專利技術首先將有機前驅體溶于溶劑制成前驅體溶液，再采用靜電直寫的方法將前驅體溶液直寫成為微納光相變纖維的前驅體，最后經過加熱分解、煅燒等后處理制成微納光相變纖維。本發明專利技術提供的制備工藝成本低廉，能夠制備空間一維延伸的光相變纖維，且可以按照需求控制微納光相變纖維的形狀。本發明專利技術制得的微納光相變纖維可用于光邏輯、光開關、光調制等，有望在光學、微電子、傳感等多個領域開展應用。傳感等多個領域開展應用。傳感等多個領域開展應用。

【技術實現步驟摘要】
一種靜電直寫的微納光相變纖維及其制備方法和應用


[0001]本專利技術涉及一種靜電直寫的微納光相變纖維及其制備方法和應用，屬于相變材料制備


技術介紹

[0002]由于光信息傳輸固有的大帶寬、低串擾和高速度等優點，人們非常希望僅通過光學手段來實現信息的傳輸與存儲。因此，全光存儲器應運而生，即僅依靠光來實現“寫入”、“擦除”和“讀取”的存儲器。非易失性光相變材料是制造全光存儲器的理想材料。光相變材料是一類具有特殊物理性質的材料。在激光熱誘導下，這種材料能夠在非晶態和晶態之間轉變，宏觀上表現為光學性質和電阻特性等發生巨大變化。在微電子領域，利用這種性質可實現二進制“0”態和“1”態的存儲，根據此原理可制成光盤或相變存儲器。目前已見報道的光相變材料主要通過磁控濺射法制備成薄膜，即平面型光相變材料。磁控濺射法是物理氣相沉積的一種，利用電場將氬氣電離，電離出的離子轟擊靶材使靶材上的粒子脫落，再進行沉積，從而實現鍍膜。磁控濺射法的局限性在于，針對復雜圖案，磁控濺射法需要采用定制掩模板的方式進行繪制，然而，存在兩方面的局限性，第一，經濟及時間方面：每更換一個圖案即要更換一個定制掩模板，對需要頻繁更換濺射圖案情況下的制備不夠友好，頻繁進行掩模板的定制十分費時；掩模板由化學刻蝕、激光打孔、電鑄等方式加工而成，對于精細圖案的掩模板來說，對其位置和形狀精度要求高，導致一張精細金屬掩模板的價格非常昂貴；第二，刻線精度方面：目前，較高性價比的磁控濺射掩模板在500微米的線條寬度內，存在約50微米的誤差，且難以將線寬減小到50微米以下。此外，傳統的磁控濺射方法難以使用同一個掩模板調節所濺射出圖案線條的寬度，且對于窄線條，掩模板誤差較大。
[0003]因此，提供一種新型的制備微納光相變纖維的方法，來克服傳統磁控濺射法需要掩模板以及只能制備平面型光相變材料的局限性是十分必要的。

技術實現思路

[0004]本專利技術為了解決現有磁控濺射法制備微納光相變纖維存在的上述局限性，提供一種靜電直寫的微納光相變纖維及其制備方法和應用。
[0005]本專利技術的技術方案：
[0006]一種靜電直寫的微納光相變纖維，括鍺、銻和碲三種元素，化學式為GexSbyTez，其中x、y、z為對應元素質量份數，其中0≤x≤40，0≤y≤40，20≤z≤90，0<x+y+z<100。
[0007]進一步限定，x為20，y為20，z為50。
[0008]上述靜電直寫的微納光相變纖維的制備方法，該方法包括以下步驟：
[0009]步驟1，制備前驅體溶液；
[0010]所述的前驅體溶液包括五元環鍺(Ⅱ)配合物、三硅烷銻和二硅烷碲；
[0011]步驟2，采用靜電直寫的方法得到有機前驅體纖維；
[0012]所述的靜電直寫條件為：溫度15
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30℃，電壓5
?
25kV，書寫速度0.01
?
0.5cm/s，非書
寫過程接收板移動速度0.2
?
2cm/s，抬筆/落筆間隔0.5
?
2s，噴頭到載玻片的距離3
?
10cm；
[0013]步驟3，將步驟2獲得的有機前驅體纖維經過加熱煅燒處理，獲得微納光相變纖維。
[0014]進一步限定，驟1的具體操作過程為：
[0015]將五元環鍺(Ⅱ)配合物、三硅烷銻和二硅烷碲溶于四氫呋喃中，加入聚甲基丙烯酸甲酯，攪拌均勻，獲得前驅體溶液。
[0016]更進一步限定，前驅體溶液中五元環鍺(Ⅱ)配合物、三硅烷銻和二硅烷碲的總質量占前驅體溶液質量的10％
?
30％。
[0017]更進一步限定，前驅體溶液中五元環鍺(Ⅱ)配合物、三硅烷銻和二硅烷碲的總質量占前驅體溶液質量的20％，其中五元環鍺(Ⅱ)配合物、三硅烷銻和二硅烷碲的質量分別為1.04g、0.92g和2.04g，四氫呋喃體積為20mL。
[0018]更進一步限定，聚甲基丙烯酸甲酯分子量為30萬。
[0019]進一步限定，步驟2中靜電直寫的具體操作過程為：
[0020]首先，將前驅體溶液置于靜電直寫裝置的噴射裝置中；
[0021]然后，采用非金屬夾具將載玻片固定在接收板上，所述的載玻片依次使用去離子水、丙酮、無水乙醇作為超聲介質，分別超聲清洗15min；
[0022]最后，計算機預設軌跡進行調試，設置參數，完成靜電直寫。
[0023]進一步限定，步驟3中煅燒處理條件為：在氬氣保護下，以速率為10℃/min升溫至400℃，并保持90min，自然冷卻至室溫。
[0024]應用上述微納光相變纖維制備全光存儲器的方法，該方法步驟如下：
[0025]首先，在載玻片上采用靜電直寫的方法繪制微納光相變纖維；
[0026]然后，將部分剝去涂覆層的光纖拉錐，并將拉錐部分覆蓋在微納光相變纖維上；
[0027]最后，在真空或保護氣氛中封裝，獲得全光存儲器。
[0028]本專利技術具有以下有益效果：本專利技術采用靜電直寫制備微納光相變纖維，靜電直寫最顯著的優勢在于可以按照需求繪制微納光相變纖維的形狀，克服了磁控濺射法只能制備光相變材料鍍層、且需頻繁更換掩模板的局限性。本專利技術制得的微納光相變纖維可用于光邏輯、光開關、光調制、傳感等，有望在光學、電子、傳感等多個領域開展應用。
附圖說明
[0029]圖1為靜電直寫裝置的示意圖；
[0030]圖2為五元環鍺(Ⅱ)配合物、三硅烷銻和二硅烷碲的化學結構示意圖；
[0031]圖3為實施例1中全光存儲器封裝前的俯視示意圖；
[0032]圖4為實施例1中全光存儲器光纖錐部橫截面示意圖；
[0033]圖5為全光存儲器“0”態和“1”態轉換原理圖；
[0034]圖中1
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前驅體溶液，2
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注射器，3
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金屬針頭，4
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電極夾，5
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接收板，6
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載玻片，7
?
寫字機，8
?
負極板，9
?
高壓電源，10
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地線，11
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射流，15
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微納光相變纖維，16
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經過拉錐的光纖，17
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外殼，18
?
空腔。
具體實施方式
[0035]為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對
本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。
[0036]下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明均為常規方法。所用材料、試劑、方法和儀器，未經特殊說明，均為本領域常規材料、試劑、方法和儀器，本領域技術人員均可通過商業渠道獲得。
[0037]實施例1：
[0038]一、本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種靜電直寫的微納光相變纖維，其特征在于，該相變纖維包括鍺、銻和碲三種元素，化學式為Ge
x
Sb
y
Te
z
，其中x、y、z為對應元素質量份數，其中0≤x≤40，0≤y≤40，20≤z≤90，0<x+y+z<100。2.根據權利要求1所述的一種靜電直寫的微納光相變纖維，其特征在于，所述的x為20，y為20，z為50。3.一種權利要求1所述的靜電直寫的微納光相變纖維的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：步驟1，制備前驅體溶液；所述的前驅體溶液包括五元環鍺(Ⅱ)配合物、三硅烷銻和二硅烷碲；步驟2，采用靜電直寫的方法得到有機前驅體纖維；所述的靜電直寫條件為：溫度15
?
30℃，電壓5
?
25kV，書寫速度0.01
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0.5cm/s，非書寫過程接收板移動速度0.2
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2cm/s，抬筆/落筆間隔0.5
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2s，噴頭到載玻片的距離3
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10cm；步驟3，將步驟2獲得的有機前驅體纖維經過加熱煅燒處理，獲得微納光相變纖維。4.根據權利要求3所述的靜電直寫的微納光相變纖維的制備方法，其特征在于，所述的步驟1的具體操作過程為：將五元環鍺(Ⅱ)配合物、三硅烷銻和二硅烷碲溶于四氫呋喃中，加入聚甲基丙烯酸甲酯，攪拌均勻，獲得前驅體溶液。5.根據權利要求4所述的靜電直寫的微納光相變纖維的制備...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉志海，楊興華，高帥，溫興月，滕平平，
申請(專利權)人：哈爾濱工程大學，
類型：發明
國別省市：