铕、锰共掺杂七铝酸十二钙电子俘获材料及其制备方法

文档序号:6768934阅读:204来源:国知局
专利名称:铕、锰共掺杂七铝酸十二钙电子俘获材料及其制备方法
技术领域
本发明属于发光材料技术领域,具体涉及适用于可擦除的电子俘获光存储材料。
背景技术
美国马里兰州的Quantex公司最先致力于利用电子俘获材料进行光存储与光信 息处理研究。电子俘获光存储与磁光和相变型光存储技术不同,它是利用电子俘获材料的 光谱特性,通过使用不同波长的激光进行俘获、释放光盘特 定斑点处的电子来实现光信息 的写、读、擦过程,是一种高度局域化的光电子过程。近年来,随着激光和光存储技术的发展,稀土元素掺杂的电子俘获材料在光存储、 红外探测、红外上转换成像,辐射剂量测定,光信息处理等许多新兴技术领域展现了其应用 潜力。目前商用BaFBr = Eu2+存在的主要问题是由于读出光在双折射BaFBr晶粒间的光散射 使得空间分辨率不高并且读出信息衰减较快。然而,硫化物材料(如SrS:Eu,Sm)存在易潮 解,热稳定性差,合成过程中存在环境污染等缺点。在七铝酸十二钙(12Ca0 · 7A1203)基质 材料中掺杂稀土元素的电子俘获材料具有热稳定性好,成本低廉,读出响应时间快,优良的 可擦除性等优点,很可能成为新一代光存储材料。该电子俘获光存储材料的信息存储机理可简要描述如下近紫外光(365nm)照射 样品10分钟,Eu2+的基态电子被激发到激发态,其中一部分电子被俘获在晶体内部的电子 陷阱中,从而把辐射能量存储起来,这一过程为信息的写入过程。当受到红外激光(980nm) 激励时,电子陷阱中俘获的电子逃逸出陷阱与发光中心复合产生Eu的蓝光发射,释放能 量,该过程为信息的读出。其中过渡元素离子Mn2+作用是产生更多的在室温下能够稳定地 存储电子的深陷阱,从而可以提高光激励发光亮度,增加陷阱稳定性。

发明内容
本发明的目的是制备一种氧化物为基质的电子俘获光存储新材料,并提供一种更 加简单、有效的制备方法。本发明采用具有特殊笼腔结构的氧化物12Ca0 ·7Α1203(C12A7)作为基质材料。由 于其还原处理后很容易形成色心作为电子陷阱,并且具有良好的化学稳定性,适合做光存 储材料。本发明采用化学共沉淀法制备电子俘获材料铕、锰共掺杂七铝酸十二钙粉体 (12Ca0 · 7A1203:Eu2+,Mn2+)。本发明制备方法的具体步骤如下a.按照摩尔比 nCa nA1 nEu = (12-χ-γ) 14 χ y (0. 001 彡 χ 彡 0. 01, 0. 01 ^ y ^ 0. 02)称量高纯 Ca(NO3)2 · 4H20、A1 (NO3)3 · 9H20、Eu203、MnCl2 · 4H20 原料,溶于 去离子水中,再滴加0.01-5mL硝酸,40-70°C加热并充分搅拌,配成均一透明硝酸盐溶液。b.向上述溶液滴加5-50mL沉淀剂NH3 · H2O,得到凝胶前驱体;c.将得到的凝胶前驱体在80-100°C的温度下加热6-10小时烘干去水;
d.将烘干的凝胶在空气气氛下1000-1200°C烧结6_10个小时,冷却,研磨;e.将得到的粉体在热碳还原气氛下900-1100°C烧结还原2_4小时,即得到了铕、 锰共掺杂的七铝酸十二钙粉体(12Ca0 · 7A1203:Eu2+, Mn2+)。本发明的有益效果是1.本发明采用的制备方法是化学共沉淀法,其煅烧温度比传统固态烧结制备方法 的煅烧温度降低了 250°C。有利于节省能源。2.本发明制备的铕、锰共掺杂七铝酸十二钙的电子俘获材料实现了光信息存储功 能。将在医疗、无损检测、电子显微镜照相等领域得到广泛应用。3.本发明制备铕、锰共掺杂七铝酸十二钙粉体所需原料简单,且价格低廉,制备方 法简单可行、易于操作、无污染、可用于大量生产。


图 1 为 12Ca0 · 7A1203:0. 1 % Eu2+,1 % Mn2+ 的 XRD 图。图2为12Ca0 ·7Α1203:0· 1% Eu2+, 1% Mn2+的激发光谱和发射光谱。得到了来自二 价铕离子的蓝光宽带发射。其中位于570nm较弱宽带发射来源于二价锰离子的自旋禁戒跃 迁。图3(a)为 12Ca0 · 7Α1203:0· 1% Eu2+,Mn2+ 的红外激光(980nm)激励发光。具 体实施步骤为在紫外灯(365nm)写入光下照射10分钟后,用红外激光器(980nm)作为读出 光间或照射样品。这样就完成了由紫外光子携带的图像或信息进行了存储,并转变成了可 见光(蓝光)释放信息。(b)为擦除后光激励发光图。具体实施步骤为在紫外灯(365nm) 写入光下照射10分钟后,再用大功率红外激光(980nm)作为擦除光照射样品约10分钟,然 后用小功率红外激光器(980nm)作为读出光间或照射样品,可实现光信息的擦除效果。
具体实施例方式
以下结合实施例进一步说明本发明。实例1(1) ·称量 18. 9367g 纯度为 99. 99 % Al (NO3) 3 · 9H20、10. 1055g 纯度为 99. 99 % 的 Ca (NO3) 2 ·4Η20、0· 0076g 纯度为 99. 99% 的 Eu203、0. 0856g 纯度为 99. 99% 的 MnCl2 ·4Η20 溶 于30mL去离子水中,滴加0. 2mL硝酸,恒温40°C搅拌6小时至澄清溶液;(2).向上述溶液滴加30ml的沉淀剂NH3 · H2O,得到凝胶前驱体;(3).将得到的凝胶前驱体在80°C的温度下烘干8小时;(4).将烘干的凝胶放到高温炉中,在空气气氛下1100°C烧结8个小时,冷却后充 分研磨;(5).将得到的粉体在热碳还原气氛下1100°C烧结还原2小时,即得到了 0. 铕、 锰共掺杂七铝酸十二钙粉体(12Ca0 · 7Α1203:0· 1% Eu2+,Mn2+)。实例2(1).称量 5. 6811g 纯度为 99. 99 % Al(NO3)3 · 9H20、4. 0381g 纯度为 99. 99 % ^ Ca (NO3) 2 ·4Η20、0· 0061g 纯度为 99. 99% 的 Eu203、0. 0257g 纯度为 99. 99% 的 MnCl2 ·4Η20 溶 于15mL去离子水中,滴加0. 5mL硝酸,恒温40°C搅拌6小时至澄清溶液;
(2).向上述溶液滴加IOml的沉淀剂NH3 · H2O,得到凝胶前驱体;(3).将得到的凝胶前驱体在80°C的温度下烘干8小时;(4).将烘干的凝胶体高温煅烧,在空气气氛下1100°C烧结8个小时,冷却后充分 研磨;
(5).将得到的粉体在热碳还原气氛下1100°C烧结还原2小时,即得到了 0.2%铕、 锰共掺杂七铝酸十二钙粉体(12Ca0 · 7A1203:0. 2% Eu2+,Mn2+)。实例3(1).称量 5. 6811g 纯度为 99. 99 % Al(NO3)3 · 9H20、3. 8419g 纯度为 99. 99 % ^ Ca (NO3) 2 ·4Η20、0· 0305g 纯度为 99. 99% 的 Eu203、0. 0514g 纯度为 99. 99% 的 MnCl2 ·4Η20 溶 于15mL去离子水中,滴加ImL硝酸,恒温40°C搅拌6小时至澄清溶液;(2).向上述溶液滴加IOml的沉淀剂NH3 · H2O,得到凝胶前驱体;(3).将得到的凝胶前驱体在80°C的温度下烘干8小时;(4).将烘干的凝胶体于空气气氛下1100°C烧结8个小时,冷却后充分研磨;(5).将得到的粉体在热碳还原气氛下1100°C烧结还原2小时,即得到了 铕、 2%锰共掺杂七铝酸十二钙粉体(12Ca0 · 7A1203:1 % Eu2+,2% Mn2+)。
权利要求
一种铕、锰共掺杂七铝酸十二钙电子俘获材料,其特征在于该材料的化学式是Ca12-x-yAl14O33:x Eu2+,y Mn2+(0.001≤x≤0.01,0.01≤y≤0.02)。
2.根据权利要求1所述的铕、锰共掺杂七铝酸十二钙电子俘获材料的制备方法,其特 征在于采用化学共沉淀法制备铕、锰共掺杂七铝酸十二钙前驱体,具体制备步骤如下(1).按照摩尔比nCa nA1 nEu = (12-x-y) 14 x y (0. 001 ≤ x ≤0. 01, 0. 01 ≤ y ≤ 0. 02)称量高纯 Ca(N03)2 4H20、A1 (N03)3 9H20、Eu203、MnCl2 4H20 原料,溶于 去离子水中,再滴加0.01-5mL硝酸,40-70°C加热并充分搅拌,配成均一透明硝酸盐溶液;(2).向上述溶液滴加5-50mL沉淀剂NH3 H20,得到凝胶前驱体;(3).将得到的凝胶前驱体在80-100°C的温度下加热6-10小时进行烘干去水;(4).将烘干的凝胶放到高温炉中,在空气气氛下1000-1200°C烧结6-10个小时得到粉 体,然后冷却,充分研磨使粉体混合均勻;(5).将得到的粉体在热碳还原气氛下900-1100°C烧结2-4小时,即得到了铕、锰共掺 杂的七铝酸十二钙粉体(12Ca0 7A1203:Eu2+, Mn2+)。
全文摘要
本发明属于材料技术领域,具体涉及适用于可擦除的电子俘获光存储材料即铕、锰共掺杂七铝酸十二钙粉体及其制备方法。本发明采用化学共沉淀法制备铕、锰共掺杂七铝酸十二钙凝胶前驱体,按照化学剂量比称取高纯Ca(NO3)2·4H2O、Al(NO3)3·9H2O、Eu2O3、MnCl2·4H2O原料,溶于去离子水中,滴加硝酸,搅拌配成溶液;然后加入适量沉淀剂NH3·H2O,得到凝胶前驱体,进行烘干去水;最后经高温烧结得到铕、锰共掺杂七铝酸十二钙粉体。特殊笼腔结构的七铝酸十二钙可以成为铕、锰掺杂的合适基质材料,并且其具有良好的化学稳定性,读出响应时间快,优良的可擦除性等优点,很可能成为新一代光存储材料。
文档编号G11B7/241GK101831291SQ20101015625
公开日2010年9月15日 申请日期2010年4月27日 优先权日2010年4月27日
发明者刘春光, 刘玉学, 刘益春, 夏彬, 徐长山, 祝汉成, 钟殿强, 闫小磊 申请人:东北师范大学
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