铕、钕共掺杂的铝硅酸锶电子俘获型光存储材料及其制备方法与流程

本发明涉及稀土发光材料技术领域，具体涉及一种铕、钕共掺杂的铝硅酸锶电子俘获型光存储材料及其制备方法。

背景技术：

随着高新技术的不断发展，特别是信息技术等高新技术产业的需要，新型光存储技术也应运而生。在光学存储领域，主要特点是有较强的可重复性，大的存储密度，快的响应速度，较长的存储时间。新型光存储材料可以分为相变型、磁光型和电子俘获型光存储技术。但磁光型和相变型光存储材料受磁盘介质的影响较大，速率不够快。而第四代电子俘获型光存储材料的技术优点主要是应用低能量的不同波长的光进行俘获和释放的过程来是实现光的存储和读取。且存储与读取不受物理介质性能退化的影响，且读取速度可以达到纳秒级别。因此，有代表性的第四代光学存储材料即多种稀土离子共掺杂的iia-via宽禁带半导体化合物材料更是受到科研人员的广泛关注。此材料有望同时具有高速高密度存储器所必备的三大优点即寿命长、存储密度高、速率快三大特点。

电子俘获型的光存储材料(etms)，又被称为新型光激励材料，是lindmayer在1988年最先提出并应用。主要指的是通过低能量的光对材料进行存储能量。当蓄能陷阱较浅时，材料在常温下可以将能量以光的形式进行释放，又被称作长余辉现象。而当蓄能陷阱较深时，材料在常温下深陷阱不容易被释放出来。当应用红外激光器进行照射时，可以辐射发光。

从近年来看，随着光激励发光和光存储材料的研究发展，综合来看研究的主要成果主要集中在碱土金属的硫化物方面，其中比较有代表性的体系为不同稀土离子共掺的硫化物体系，如：sm³⁺，eu³⁺和mn²⁺掺杂的zns，mgs等。但是由于硫化物不具有良好的热和化学稳定性，这会使信息存储的寿命缩短，且此体系所产生的副产物硫会给环境带来污染。

技术实现要素：

本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种铕、钕共掺杂的铝硅酸锶电子俘获型光存储材料及其制备方法。本发明采用的技术手段如下：

一种铕、钕共掺杂的铝硅酸锶电子俘获型光存储材料，其化学式为：

sr1-x-yal2si2o8：xeu²⁺，ynd³⁺

其中，0.001≤x≤0.2，0.001≤y≤0.2。

进一步地，x的值为0.01-0.04，y的值也为0.01-0.04。

进一步地，x的值为0.02，y的值也为0.02。

一种电子俘获型光存储材料的制备方法，包括以下步骤：

a.按照化学计量比nsr：nal：nsi：neu：nnd＝(1-x-y)：2：2：x：y称量材料srco3、sio2、al2o3、eu2o3和nd2o3，并将称量好的材料混合研磨成粉末状，其中，0.001≤x≤0.2，0.001≤y≤0.2，上述化学计量比为原子的摩尔数比；

b.将研磨得到的粉末状材料在还原气氛下进行烧结，烧结温度为1200-1350℃，烧结时间为3-5h；

c.将烧结后的材料进行研磨，得到sr1-x-yal2si2o8：xeu²⁺，ynd³⁺粉体。

进一步地，步骤a中，将材料用酒精研磨，研磨时间为30-60min。

进一步地，步骤b中，将研磨得到的粉末状材料在碳粉还原气氛或氮氢混合气还原气氛下烧结，烧结温度为1250℃，烧结时间为4h。

进一步地，所述氮氢混合气中氮气和氢气的比为19:1。

与现有技术比较，本发明所述的铕、钕共掺杂的铝硅酸锶电子俘获型光存储材料及其制备方法具有以下优点：

1.本发明制备方法为高温固相法，原料简单易得，价格低廉，适用于批量大规模生产。

2.本发明制备的光存储材料与以往材料相比，性能极大提升，除了具备光存储材料之外，荧光粉的高亮度还可作为长余辉照明，以及白光led的蓝色发光源。

3.本发明制备得到的光信息存储材料适于在医疗检测、电子通讯、电子显微镜照相和信息存储等多个应用领域。

附图说明

图1是电子俘获型光激励光存储材料的机理示意图。

其中：1为导带，2为价带，3为电子，4为空穴，5为基态4f⁷，6为激发态4f⁶5d¹，7为浅陷阱t1，8为深陷阱t2，9为光致发光过程，10为光激励发光过程，11为长余辉发光过程。

图2是本发明实施例三的xrd图谱。

图3是本发明实施例三的荧光激发和发射图谱。

图4是本发明实施例三的热释发光光谱。

图5是本发明实施例的光存储曲线图。

具体实施方式

如图1所示，电子俘获型光激励光存储材料的机理可描述如下：

sr1al2si2o8基质是以eu²⁺作为发光中心，从而在紫外光uv365激发下实现光致发光和长余辉发光的过程，光激励发光过程是以uv激发从而实现储能后，在激发态应用980nm激光器进行激发，从而实现发光的过程。

(1)应用uv365nm进行激发，样品从基态4f⁷跃迁到激发态4f⁶5d¹，再从激发态回到基态的过程为光致发光(pl)过程；

(2)产生光致发光后，电子俘获的浅陷阱t1，即0.6ev-0.8ev的可以在室温下以从激发态再次回到基态产生长余辉发光(lpl)。

(3)样品在uv365nm激发下不仅俘获产生浅陷阱，同样会大量的俘获光致发光电子产生深陷阱，室温下深陷阱t2不会释放出来，通过980nm红外激光机进行激励可以使样品从基态4f⁷到激发态4f⁶5d¹，再从激发态到基态从而产生光激励发光(psl)的过程。

实施例一

a.称量1.4733g纯度为99.99％的srco3、1.2018g纯度为99.99％的sio2、1.0196g纯度为99.99％的al2o3、0.0018g纯度为99.99％的eu2o3和0.0017g纯度为99.99％的nd2o3，并将这些材料放置在玛瑙研钵中用酒精研磨30分钟。

b.将研磨后的材料在碳粉还原气氛下1200-1350℃烧结4h。

c.待样品随炉冷却到室温后取出，精细的收集粉末，放在玛瑙研钵中研磨即可得到铕和钕共掺杂的铝硅酸锶荧光粉粉体sr0.97al2si2o8：2％eu²⁺，1％nd³⁺。

实施例二

a.称量1.4320g纯度为99.99％的srco3、1.2018g纯度为99.99％的sio2、1.0196g纯度为99.99％的al2o3、0.0352g纯度为99.99％的eu2o3和0.0168g纯度为99.99％的nd2o3，并将这些材料放置在玛瑙研钵中用酒精研磨40分钟。

b.将研磨后的材料在氮氢混合气还原气氛下1200-1350℃烧结3h。

c.待样品随炉冷却到室温后取出，精细的收集粉末，放在玛瑙研钵中研磨即可得到铕和钕共掺杂的铝硅酸锶荧光粉粉体sr0.998al2si2o8：0.1％eu²⁺，0.1％nd³⁺。

实施例三

a.称量1.4172g纯度为99.99％的srco3、1.2018g纯度为99.99％的sio2、1.0196g纯度为99.99％的al2o3、0.0352g纯度为99.99％的eu2o3和0.0336g纯度为99.99％的nd2o3，并将这些材料放置在玛瑙研钵中用酒精研磨50分钟。

b.将研磨后的材料在碳粉还原气氛下1200-1350℃烧结5h。

c.待样品随炉冷却到室温后取出，精细的收集粉末，放在玛瑙研钵中研磨即可得到铕和钕共掺杂的铝硅酸锶荧光粉粉体sr0.96al2si2o8：2％eu²⁺，2％nd³⁺。

如图2所示，为荧光粉sr0.96al2si2o8：2％eu²⁺，2％nd³⁺的xrd图谱，制备的荧光粉粉末的xrd衍射图谱与标准卡片jcpds#38-1454相比较，衍射峰与标准卡片一致，无其他杂峰的出现，说明我们制备的荧光粉粉末为纯相，且稀土离子的掺杂并未对晶体结构产生影响。

如图3所示，样品激发峰主峰峰值位于340nm，表明样品在280-390nm紫外光区可以将其宽带激发。且eu²⁺和nd³⁺共掺的激发谱并没有改变其主峰峰值330nm的位置，说明二价eu离子作为发光中心，而我们认为三价nd离子作为陷阱中心存在，是一种光激励深陷阱材料，这正是eu²⁺的特征激发谱，归因于4f-5d宽带跃迁。样品的发射光谱，发光范围主要在375-475nm的蓝光区域，主峰位于405nm，在紫外激发后，可以肉眼观察到强烈的蓝光。

如图4所示，应用f-4600荧光光谱仪在uv365nm照射5min后，停止3.5min，应用dmu-450自动温度控制系统测试样品sr0.96al2si2o8：2％eu²⁺，2％nd³⁺热释发光光谱，通过计算得到陷阱深度为1.2634ev。

如图5所示，在uv365nm紫外光照射下进行sr1-yal2si2o8：2％eu²⁺，ynd³⁺能量的存储，包含了y值为0、0.005、0.01、0.02、0.04、0.08的能量存储曲线，停止20min排除长余辉的干扰后，应用980nm红外激光器进行光激励进而读出信息，往复交替。由此实现信息的存储和读出。

实施例四

a.称量1.3582g纯度为99.99％的srco3、1.2018g纯度为99.99％的sio2、1.0196g纯度为99.99％的al2o3、0.0704g纯度为99.99％的eu2o3和0.0673g纯度为99.99％的nd2o3，并将这些材料放置在玛瑙研钵中用酒精研磨60分钟。

b.将研磨后的材料在碳粉还原气氛下1200-1350℃烧结4h。

c.待样品随炉冷却到室温后取出，精细的收集粉末，放在玛瑙研钵中研磨即可得到铕和钕共掺杂的铝硅酸锶荧光粉粉体sr0.92al2si2o8：4％eu²⁺，4％nd³⁺。

实施例五

a.称量0.8859g纯度为99.99％的srco3、1.2018g纯度为99.99％的sio2、1.0196g纯度为99.99％的al2o3、0.3519g纯度为99.99％的eu2o3和0.3364g纯度为99.99％的nd2o3，并将这些材料放置在玛瑙研钵中用酒精研磨30分钟。

b.将研磨后的材料在碳粉还原气氛下1200-1350℃烧结4h。

c.待样品随炉冷却到室温后取出，精细的收集粉末，放在玛瑙研钵中研磨即可得到铕和钕共掺杂的铝硅酸锶荧光粉粉体sr0.6al2si2o8：20％eu²⁺，20％nd³⁺。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。