NUEVOS MATERIALES PARA ALMACENAMIENTO DE DATOS.

Un medio de almacenamiento de datos para almacenar datos ópticos,

caracterizado porque el medio de almacenamiento de datos ópticos comprende, como material de almacenamiento de datos, grupos oligoatómicos de metales nobles confinados en tamices moleculares embebidos en un soporte sólido o flexible, en el que los citados grupos oligoatómicos de metales nobles no están asociados en carga con aniones compensadores de la carga seleccionados del grupo que consiste en oxalato, hidróxido, azido, carbonato, bicarbonato, sulfato, sulfito, clorato, perclorato, acetato y formiato, en el que el citado metal noble se selecciona del grupo que consiste en oro, plata, platino, paladio, silicio y rodio, y en el que los grupos de metales, si se someten a temperatura ambiente o superior a radiación invisible o a un campo eléctrico, emite luz visible

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a la intensificación de la emisión de luz blanca y luz de color por fotoactivación usando grupos atómicos confinados de un metal, preferiblemente de silicio, plata, cobre y oro, y más particularmente al uso de tamices moleculares que comprenden grupos oligoatómicos de plata como materiales con 5 capacidad de almacenar datos y formar imágenes de datos, por ejemplo, para etiquetas de codificación, como bioetiquetas o etiquetas de seguridad.

Antecedentes de la invención

La presente invención concierne a materiales con capacidad de almacenar datos y que comprenden un material emisor formado por grupos oligoatómicos de un metal confinados en tamices moleculares, por ejemplo, 10 zeolitas.

En los últimos años, se ha mejorado la técnica de la síntesis de zeolitas con propiedades deseadas mediante selección del agente directriz de la estructura (SDA), control de las condiciones de síntesis y tratamientos posteriores a la síntesis (H. van Bekkum, E. M. Flanigen, P. A. Jacobs y J. C. Jansen (editores), Introduction to Zeolite Science and Practice, 2ª edición, Studies in Surface Science and Catalysis, 2001, 127; A. Corma, Chem. 15 Rev., 1997, 97, 2.373-2.419; M. E. Davis, Nature, 2002, 417, 813-821; M. E. Davis et al., Chem. Mater., 1992, 4, 756-768; P-P. E. A. de Moor et al., Chem. Eur. J., 1999, 5(7J, 2.083-2.088; J. de A. A. Galo et al., Chem. Rev., 2002, 102, 4.093-4.138). Al mismo tiempo, la familia de materiales mesoporosos ordenados se ha incrementado enormemente por el uso de diferentes tensioactivos y condiciones de síntesis (A. Corma, Chem. Rev., 1997, 97, 2.373-2.419; M. E. Davis, Nature, 2002, 417, 813-821; J. de A. A. Galo et al., Chem. Rev., 2002, 102, 4.093-4.138; J. 20 Y. Ying et al., Angew. Chem. Int. Ed., 1999, 3S, 56-77). El uso del molde apropiado permite el control del tamaño de los poros, distribución y conectividad durante la síntesis de la zeolita. Por ejemplo, usando tensioactivos como bromuro de cetiltrimetilamonio o bromuro de dodeciltrimetilamonio se origina en general la formación de materiales mesoporosos. En una realización preferida, los tamices moleculares son uno o más seleccionados del grupo que consiste en mordenita, ZSM-5, zeolita A, zeolita L, faujasita, ferrierita, chabacitas y mezclas de las zeolitas antes 25 mencionadas.

Los materiales de la presente invención, por ejemplo, zeolitas que contienen grupos oligoatómicos de plata, son económicos y no tóxicos. Actualmente se usan zeolitas en grandes cantidades en detergentes y la plata, a pesar de sus propiedades antimicrobianas, no tiene ningún efecto tóxico conocido sobre los tejidos humanos. Por ejemplo, la plata coloidal se ha comercializado mucho como suplemento dietético de actividad protectora contra el estrés 30 oxidante y formación de especies de oxígeno reactivo.

A diferencia de metales en masa, que están desprovistos de una banda prohibida y, por lo tanto, son buenos conductores eléctricos, los grupos pequeños de átomos de Au o Ag presentan propiedades emisoras interesantes a partir de niveles discretos de energía. Este fenómeno se ha demostrado, por ejemplo, en el caso de grupos de plata de menos de 100 átomos en matrices de gases raros, en soluciones acuosas y sobre películas de 35 óxido de plata. Cálculos químicos cuánticos confirman el carácter molecular y estados discretos de energía de estos grupos pequeños de átomos de plata (R. L. Johnston, Atomic and Molecular Clusters, Taylor & Francis, Londres y Nueva York, 2002; I. Rabin, W. Schulze, G. Ertl, C. Felix, C. Sieber, W. Harbich y J. Buttet, Chemical Physics Letters, 2000, 320, 59-64; L. A. Peyser, A. E. Vinson, A. P. Bartko y R. M. Dickson, Science, 2001, 291, 103-106; T. H- Lee, J. I. González y R. M. Dickson, Proc. Natl. Acad. Sci. (USA), 2002, 99, 10.272-10.275; T. H. Lee, J. I. González, J. 40 Zheng y R. M. Dickson, Accounts of Chemical Research, 2005, 38, 534-541; V. Bonacic-Koutecky, R. Mitric, C. Burgel, H. Noack, M. Hartmann y J. Pittner, Euopean Physical Journal, 2005, D 34, 113-118; T. H. Lee, C. R. Hladik y R. M. Dickson, Nano Letters, 2003, 3, 1.561-1.564; I. Rabin, W. Schulze y G. Ertl, Chemical Physics Letters, 1999, 312, 394-398; C. Felix, C. Sieber, W. Harbich, J. Buttet, I. Rabin, W. Schulze y G. Ertl, Chemical Physics Letters, 1999, 313, 105-109; I. Rabin, W. Schulze y G. Ertl, Crystal Research and Technology, 1998, 33, 1.075-1.084; I. 45 Rabin, W. Schulze y G. Ertl, Journal of Chemical Physics, 1998, 108, 5.137-5.142; L. Konig, I. Rabin, W. Schulze y G. Ertl, Science, 1996, 274, 1.353-1.355; J. Zheng y R. M. Dickson, Journal of the American Chemical Society, 2002, 124, 13.982-13.983; V. Bonacic-Koutecky, V. Veyret y R. Mitric, Journal of Chemical Physics, 2001, 115, 10.450-10.460; V. Bonacic-Koutecky, J. Pittner, M. Boiron y P. Fantucci, Journal of Chemical Physics, 1999, 110, 3.876; V. Bonacic-Koutecky, L. Cespiva, P. Fantucci y J. Koutecky, Journal of Chemical Physics, 1993, 98, 7.981-7.994; J. 50 Yoon, K. S. Kim y K. K. Baeck, Journal of Chemical Physics, 2000, 112, 9.335-9.342; S. Fedrigo, W. Harbich y J. Buttet, Journal of Chemical Physics, 1993, 99, 5.712-5.717.

El problema principal en el estudio y creación de grupos pequeños de átomos de Au o Ag es su agregación formando nanopartículas grandes y finalmente metal en masa, con pérdida de emisión. Por lo tanto, se ha demostrado que el uso de estructuras porosas con tamaños limitados de poros, cavidades y túneles resuelve el 55 problema de la agregación permitiendo entidades emisoras estables en el tiempo.

En el caso de plata oxidada, como nanopartículas de óxido de plata, se ha demostrado que es posible su reducción a plata metálica por irradiación con luz ultravioleta a visible (L. A. Peyser, A. E. Vinson, A. P. Bartko y R. M. Dickson, Science, 2001, 291, 103-106). Esta reducción origina un cambio en las propiedades ópticas del material. Sin embargo, el final de la reacción de reducción de dicho material es difícil de controlar y finalmente se formarán agregados grandes de plata no emisores.

Los grupos de átomos de plata en tamices moleculares presentan una estabilidad notable (N. E. Bogdanchikova, V. P. Petranovskii, R. Machorro, Y. Sugi, V. M. Soto y S. Fuentes, Applied Surface Science, 1999, 5 150, 58-64). Bogdanchikova et al. encontraron que la estabilidad de los grupos de átomos de plata depende de la fuerza del ácido, que puede estar relacionada con la composición, por ejemplo, la relación molar SiO2/Al2O3, de los tamices moleculares. Los grupos de átomos de plata en mordenitas que tienen sitios ácidos débiles son estables durante por lo menos 50 meses, un período de tiempo suficientemente largo con respecto a la aplicación deseada en una fuente de luz visible. La desaparición de los grupos de átomos de plata está relacionada con su oxidación. 10 Evidentemente la reducción de los grupos a un dispositivo pobre o exento de oxígeno incrementará aún más la estabilidad. En una realización de la presente invención, grupos de átomos de Au o Ag se protegen de la oxidación por encapsulación en los tamices moleculares. Adicionalmente, si se requiere, se puede usar un recubrimiento externo de los cristales del material o un taponamiento de las entradas de los poros para proteger más los grupos metálicos ocluidos. 15

El estado actual de la técnica nunca ha sugerido o demostrado la conversión a temperatura ambiente de luz invisible, por ejemplo luz con energía en la región del ultravioleta, a luz de menor energía, por ejemplo, luz visible, por grupos oliogoatómicos de un metal embebidos en tamices moleculares. Tampoco se ha estudiado antes la influencia de la irradiación de luz sobre las propiedades ópticas de dichos materiales.

Algunas tecnologías de la técnica se refieren a las propiedades fotofísicas de zeolitas cargadas con plata. 20 Por ejemplo, Chen et al. cargaron zeolitas Y con AgI, en lugar de con grupos de átomos de plata, y bombearon o cargaron con luz de 254 nm, sin embargo, sin observación o descripción de emisión visible (W. Chen, A. G. Joly y J. Roark, Physical Review, 2002, B 65, 245.404, Artn 245.404; y patentes de Estados Unidos 7.067.072 y 7.126.136). Calzaferri et al. demostraron la absorción de luz de 254 nm por zeolitas que contenían plata metálica, sin notificación alguna de emisión (G. Calzaferri, C. Leiggener, S. Graus, D. Schurch y K. Kuge, Chemical Society Reviews, 2003, 25 32, 29-37). Kanan et al. demostraron cierta intensidad de emisión en zeolita Y intercambiada con plata (I), sin embargo, sólo cuando se excita a temperaturas inferiores a 200ºK...

1. Un medio de almacenamiento de datos para almacenar datos ópticos, caracterizado porque el medio de almacenamiento de datos ópticos comprende, como material de almacenamiento de datos, grupos oligoatómicos de metales nobles confinados en tamices moleculares embebidos en un soporte sólido o flexible, en el que los citados grupos oligoatómicos de metales nobles no están asociados en carga con aniones compensadores de la carga 5 seleccionados del grupo que consiste en oxalato, hidróxido, azido, carbonato, bicarbonato, sulfato, sulfito, clorato, perclorato, acetato y formiato, en el que el citado metal noble se selecciona del grupo que consiste en oro, plata, platino, paladio, silicio y rodio, y en el que los grupos de metales, si se someten a temperatura ambiente o superior a radiación invisible o a un campo eléctrico, emite luz visible.

2. El medio de almacenamiento de datos de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la emisión por los 10 grupos oligoatómicos de metales nobles confinados en tamices moleculares tras la excitación por luz ultravioleta o visible se incrementa de modo irreversible por una iluminación inicial con luz ultravioleta o visible.

3. El medio de almacenamiento de datos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las unidades de tamices moleculares sometidos a radiación de escritura primaria o a iluminación por luz ultravioleta o visible producen un efecto de excitación incrementada tras una irradiación inferior al rojo próximo o una 15 iluminación por una radiación de luz ultravioleta o visible.

4. El medio de almacenamiento de datos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las unidades de tamices moleculares, cuando se someten a iluminación suficientemente intensa o de lectura primaria por radiación procedente de un haz de rayos láser, una fuente de radiación ultravioleta de onda media (UVC), una fuente de radiación ultravioleta lejana (FUV), una fuente de radiación ultravioleta de vacío (VUV), 20 una radiación ultravioleta extrema (EUV) o una radiación ultravioleta profunda (XUV), producen un efecto de excitación incrementada tras una iluminación siguiente por una iluminación ultravioleta o de luz visible suficientemente intensa y larga para activar la emisión.

5. El medio de almacenamiento de datos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los grupos oligoatómicos de metales nobles confinados en tamices moleculares están esparcidos sobre 25 una matriz y en el que preferiblemente los grupos oligoatómicos de metales nobles confinados en tamices moleculares están esparcidos sobre la matriz tridimensionalmente.

6. El medio de almacenamiento de datos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los grupos oligoatómicos de metales nobles confinados en tamices moleculares forman una monocapa de partículas de tamiz molecular. 30

7. El medio de almacenamiento de datos de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 5, en el que los grupos oligoatómicos de metales nobles confinados en tamices moleculares están estructurados en multicapas de partículas de tamiz molecular.

8. El medio de almacenamiento de datos de acuerdo con la reivindicación 6 ó 7, en el que la capa o capas de grupos oligoatómicos de metales nobles confinados en tamices moleculares están recubiertas por una película. 35

9. El medio de almacenamiento de datos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que un haz láser, por ejemplo, un haz láser pulsado, puede registrar o escribir un dibujo que se puede visualizar o leer por radiación por luz ultravioleta o visible.

10. El medio de almacenamiento de datos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los citados grupos oligoatómicos de metales nobles son grupos de átomos de Au y/o Ag. 40

11. El medio de almacenamiento de datos de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la matriz comprende además una matriz o un aglutinante para fijar los grupos oligoatómicos de metales nobles dispersos confinados en tamices moleculares.

12. El medio de almacenamiento de datos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el conjunto es un conjunto de polvo de grupos pequeños de átomos de Au y/o Ag confinados en tamices 45 moleculares.

13. El medio de almacenamiento de datos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la radiación invisible procede de una fuente de excitación que es una fuente de radiación láser o de un diodo emisor de luz.

14. El medio de almacenamiento de datos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, 50 que consiste en un conjunto de grupos pequeños diferentes de átomos de Au y/o Ag confinados en uno o en una combinación de varios tamices moleculares para crear luz a una temperatura de color predeterminada.

15. El medio de almacenamiento de datos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los tamices moleculares son un material microporoso seleccionado del grupo que consiste en zeolitas, óxidos porosos, silicoaluminofosfatos y aluminosilicatos que son los preferidos.

16. El medio de almacenamiento de datos de acuerdo con la reivindicación 15, en el que los tamices moleculares son zeolitas seleccionadas de zeolitas de poros pequeños entre materiales semejantes a la zeolita A, 5 como zeolita 3A, zeolita 13X, zeolita 4A, zeolita 5A y zeolita ZKF o combinaciones de las mismas.

17. El medio de almacenamiento de datos de acuerdo con la reivindicación 15, en el que los tamices moleculares son zeolitas de poros grandes seleccionadas del grupo que consiste en mordenita, ZSM-5, MCM-22, ferrierita y faujasitas X e Y.

18. El medio de almacenamiento de datos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, 10 en el que los tamices moleculares se seleccionan entre tamices moleculares MCM-41, MCM-48, HSM, SBA-15 y combinaciones de los mismos.

19. El medio de almacenamiento de datos de acuerdo con las reivindicaciones 10 a 18, en el que los poros de los tamices moleculares que contienen a los grupos de átomos de Au y/o Ag están recubiertos por una matriz de recubrimiento o están cerrados por moléculas de taponamiento. 15

20. El medio de almacenamiento de datos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que también es un sistema de formación de imágenes de datos ópticos o un sistema de presentación de datos ópticos.

21. El medio de almacenamiento de datos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los grupos oligoatómicos de metales nobles confinados en tamices moleculares están incorporados en una 20 matriz, que preferiblemente es una matriz de polímero, copolímero o copolímero de injertos.

22. El medio de almacenamiento de datos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los grupos oligoatómicos de metales nobles confinados en tamices moleculares están incorporados en una fibra.

23. El medio de almacenamiento de datos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, 25 en el que la matriz o la fibra están recubiertas por una película protectora.

24. Una pintura, líquido gelificante o elastómero que comprende tamices moleculares con grupos oligoatómicos de plata confinados en aquellos, en el que los citados grupos oligoatómicos de plata no están asociados en carga con aniones compensadores de carga seleccionados del grupo que consiste en oxalato, hidróxido, azido, carbonato, bicarbonato, sulfato, sulfito, clorato, perclorato, acetato y formiato, para formar 30 membranas de almacenamiento de datos ópticos o películas de almacenamiento de datos ópticos o para recubrir superficies con una capa capaz de almacenar datos, y en el que los grupos de átomos de plata, si se someten a temperatura ambiente o superior a radiación invisible o a un campo eléctrico emiten en respuesta luz visible.

25. Un líquido o tinta de impresión que comprende tamices moleculares con grupos oligoatómicos de plata confinados en aquellos, en el que los citados grupos oligoatómicos de plata no están asociados en carga con 35 aniones compensadores de carga seleccionados del grupo que consiste en oxalato, hidróxido, azido, carbonato, bicarbonato, sulfato, sulfito, clorato, perclorato, acetato y formiato, para depositar, pulverizar, imprimir o pintar o recubrir sobre un sustrato una capa de almacenamiento de datos ópticos, y en el que los grupos de plata, si se someten a temperatura ambiente o superior a radiación invisible o a un campo eléctrico emiten en respuesta luz visible. 40

26. Un método de escribir datos ópticos formando un dibujo sobre el medio de almacenamiento de datos ópticos de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 23, que comprende exponer porciones regionales locales del material, con por lo menos un conjunto de grupos pequeños de átomos de Au y/o Ag confinados en una partícula de tamiz molecular, a radiación con una potencia de radiación suficiente para que dicho conjunto absorba la radiación y emita fotones luminosos, y visualizar dichos datos ópticos almacenados volviéndolos a radiar o por una porción 45 mayor de los materiales con una potencia de radiación menor suficiente para leer sólo los grupos pequeños de átomos de Au y/o Ag confinados en un tamiz molecular que almacena los datos ópticos.

27. El método de acuerdo con la reivindicación 26, en el que la radiación regional local procede de una fuente de radiación ultravioleta de onda media (UVC), una fuente de radiación ultravioleta lejana (FUV), una fuente de radiación ultravioleta de vacío (VUV), una fuente de radiación ultravioleta extrema (EUV) o una fuente de 50 radiación ultravioleta profunda (XUV).