Die folgende Arbeit untersucht bekannte Verfahren zur Herstellung von Memory-Zeichen in Kunststoffträgern und entwickelt im Ergebnis derselben einen Ansatz zu Realisierung derartiger Einträge mittels eines punktförmigen elektrischen Feldes, welches exakt fokussiert wie ein „Ladungshammer“ in einem speziellen polymerkristallinen Substratträger gezielt Deformationen im Nanometer-Bereich einbringen kann, die aufgrund des Werkstoffverhaltens wieder gelöscht werden können. Für die Lösung dieser Aufgabe werden werkstoff-und verfahrenstechnische Wege dargestellt.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Der wissenschaftlich-technische Stand
2.1 Speicherverfahren im Phasenwechselprinzip
2.2 Speicherverfahren im Ferromagnetschichtprinzip
2.3 Speicherverfahren nach dem Magnetblasenprinzip
2.4 Eintragsverfahren in Kunststoffe durch Laser
2.5 Reversible und löschbare Eintragsverfahren
2.6 Strukturbetrachtung des Memory-Werkstoffes
2.7 Meßmethoden und Untersuchungsergebnisse
2.7.1 Fertigungsparameter eines POM-Substrates
2.7.2 Fertigungsparameter eines HDPE-und LDPE-Substrates
2.7.3 Parameter zum Eintrag von löschbaren Zeichen
2.7.4 Eintragsversuche mittels Laser-Ablation
2.7.5 Auswertung der Röntgen-Beugungsanalyse
3. Theoretisches Simulationsverfahren
3.1 Zusammenstellung der bekannten Parameter
3.2 Berechnungsgrundlagen eines punktförmigen elektrischen Feldes und der Coulombsche Kraftbegriff
3.3 Der Feldbegriff
3.4 Die elektrische Feldstärke
3.5 Das Linienintegral der elektrischen Feldstärke, des Potentials und der Spannung
3.6 Die elektrische Verschiebung einer Punktladung
3.7 Materie im elektrostatischen Feld
3.7.1 Materieverhalten elektrischer Leiter
3.7.2 Influenz
3.7.3 Materieverhalten elektrischer Nichtleiter
3.7.4 Polarisation
Zielsetzung und Themenfelder
Die Arbeit verfolgt das Ziel, ein technisch realisierbares Verfahren zur Herstellung, zum Eintrag und zur Löschung von Memory-Zeichen in polymerkristallinen Schichten zu entwickeln, wobei der Fokus auf einem punktförmigen elektrischen Feld liegt, das als „Ladungshammer“ gezielte viskoelastische Deformationen im Nanometerbereich erzeugt.
- Entwicklung eines löschbaren Speichers auf Polymerbasis
- Analyse und Vergleich bestehender optischer und magnetischer Speicherverfahren
- Untersuchung der Materialeigenschaften von polymerkristallinen Substraten
- Theoretische Modellierung des punktförmigen elektrischen Feldes zur Datenmarkierung
Auszug aus dem Buch
Speicherverfahren nach dem Phasenwechsel – Prinzip
Das Speicherverfahren nach dem Phasenwechsel-Prinzip wird bereits seit einigen Jahren für die reversible optische Datenspeicherung eingesetzt. Sogenannte Phasenwechsel-Medien, wie Tellur, Selen, Chalkogenid-Legierungen auf Selen- oder Tellurbasis werden unter der Einwirkung einer intensiven Strahlung, z.B. von Laserlicht vom amorphen in den kristallinen Zustand geschaltet. Bei einem Informations-Aufzeichnungsprozess zeigen die amorphen und kristallinen Bereiche ein unterschiedliches optisches Verhalten, welches durch physikalische Kenngrößen, wie z.B. der Transmission, der Reflexion, der Absorption, dem Brechungsindex oder der Dielektrizitätskonstante charakterisiert wird.
Ein unterschiedliches Verhalten zeigt z.B. auch der spezifische, elektrische Widerstand. Zum Lesen der Informationen wird Laserlicht geringerer Intensität, als für das Eintragen der Informationen verwendet. Das geschieht deshalb, damit die eingetragenen Informationen, also das aufgezeichnete Muster in amorphen und kristallinen Bereichen nicht durch die höhere Energie verändert wird. Für das „Phasenwechsel-Phänomen“ gibt es in der Fach- und Patentliteratur unterschiedliche Annahmen. So beschreibt z.B. eine Europa-Patentschrift der Bezeichnung EP-A 0463413 diesen Vorgang als „Optisches Konstanten-Wechselverfahren“, wobei die Konstanten der Brechungsindex und der Absorptionskoeffizient sind. Bereits die Änderung einer dieser Konstanten führt zu der gewünschten Änderung des Reflexionsvermögens.
Zusammenfassung der Kapitel
Einleitung: Dieses Kapitel erläutert die Motivation für die Untersuchung von kostengünstigen und störsicheren Speichermedien auf Kunststoffbasis als Alternative zu herkömmlichen Halbleiter- oder ROM-Speichern.
Der wissenschaftlich-technische Stand: Hier werden etablierte Speichertechnologien wie Phasenwechsel, Ferromagnetschichten, Magnetblasen und Laserablation auf ihre Eignung und Limitierungen hinsichtlich Löschbarkeit und Reproduzierbarkeit geprüft.
Theoretisches Simulationsverfahren: Der Abschnitt widmet sich den mathematischen und physikalischen Grundlagen der Elektrostatik, um den Einsatz eines punktförmigen elektrischen Feldes als präzises Eintragsinstrument für Daten in polymeren Materialien zu simulieren.
Schlüsselwörter
Memory-Zeichen, Polymerkristalline Schichten, Punktförmige elektrische Ladungen, Speichermedien, Phasenwechsel, Laserablation, Viskoelastische Verformung, Elektrostatik, Kunststoffspeicher, Datenbit, Feldionisation, Ladungstrennung, Informationsträger, Substrat, Datenspeicherung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht die Möglichkeiten, Informationen in Form von reversiblen mechanischen Deformationen in polymerkristallinen Kunststoffträgern zu speichern.
Was sind die zentralen Themenfelder der Untersuchung?
Die zentralen Felder umfassen die Materialwissenschaft von Polymeren, optische Speicherverfahren, Laser-Technologien zur Materialbearbeitung sowie die physikalischen Grundlagen elektrostatischer Felder.
Was ist das primäre Ziel der Forschung?
Das Ziel ist die Realisierung eines Verfahrens, bei dem ein fokussiertes elektrisches Feld kleinste Deformationen im Nanometerbereich erzeugt, die als wieder löschbare „Memory-Zeichen“ fungieren.
Welche wissenschaftliche Methode wird primär verwendet?
Es werden experimentelle Eintragsversuche mittels Nadel und Laser durchgeführt, ergänzt durch theoretische Modellierungen und Simulationen zur Berechnung des elektrischen Feldes und der resultierenden Materialverformung.
Was wird im theoretischen Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil analysiert die physikalischen Gesetzmäßigkeiten, wie das Coulombsche Gesetz, Feldstärken und Potentialverläufe, um die Wirkung punktförmiger Ladungen auf das Materialverhalten zu beschreiben.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren diese Arbeit?
Typische Schlüsselbegriffe sind Polymer-Speicher, Memory-Zeichen, reversible Speicherung, punktförmiges elektrisches Feld und Nanostrukturierung.
Warum scheiterten die Versuche mit POM-Material?
POM wies eine strukturell zu grobe Oberfläche für Einträge im Sub-Mikrometer-Bereich auf und die für einen mechanischen Eintrag erforderliche Kraft war zu hoch für reproduzierbare Ergebnisse.
Welche Rolle spielt die Röntgen-Beugungsanalyse in der Arbeit?
Sie dient dazu, den Kristallisationszustand der Substratoberfläche quantitativ zu bestimmen, was für das Verständnis der Speichereigenschaften und die Optimierung des Fertigungsprozesses entscheidend ist.
- Quote paper
- Bernd Staudte (Author), 2008, Punktförmige elektrische Ladungen in polymerkristallinen Schichten, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/94115
