一种LiSc1-xLuxGeO4:Ln3+,Eu3+光存储材料及其制备方法和应用

本发明属于长余辉发光材料的，具体涉及一种lisc1-xluxgeo4:ln3+,eu3+(ln＝tb,pr,or bi)光存储材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着社会科技的快速发展，每天都在产生大量的数据，如何高效存储与读取所存储的数据成为人们普遍关注的课题。发展新型的光存储材料是解决这个问题的关键。光存储材料是一种无机化合物，通常其由无机化合物晶体的基质、电子陷阱中心与空穴捕获中心所构成。在离化射线，如x射线或高能的254nm紫外光激发下，在光存储材料中能够产生自由的载流子(电子与空穴)。一部分自由载流子能够存储于光存储材料的电子陷阱与空穴陷阱捕获中心。在外界物理刺激下，如650nm红色激光、力或热激励下，存储于陷阱中心的电子或空穴能够被释放。电子与空穴相遇并复合时，所释放的能量能够使复合中心从基态转变到激发态。当复合中心从激发态弛豫回基态时，从而发射出光子。由于这一独特的发光特性，光存储材料已经被运用于x射线成像、信息存储与防伪等领域。

2、bafbr(i):eu2+是一种能够存储x射线的光存储材料，其已被运用于x射线成像技术之中。然而，bafbr(i):eu2+存在一些缺点，严重影响了其使用的持久性。首先，bafbr(i):eu2+是含卤素的化合物，其化学稳定性较差。当bafbr(i):eu2+暴露于潮湿的空气中，其会大量的吸收空气中的水分，使其结构发生分解。因此，其光存储特性会逐渐失去。因此，如何提高其化学稳定性是一个亟待解决的难题。其次，bafbr(i):eu2+在室温时，具有较强的余辉发光特性。存储的载流子会部分以余辉发光的形式释放出来，从而造成存储载流子的损失。bafbr(i):eu2+中的陷阱中心来源于材料中的固有缺陷。当前，如何调控固有缺陷来降低室温的余辉发光仍然还不清楚。综上，急需开发化学稳定高及余辉低的新型光存储材料。

技术实现思路

1、为了解决现有技术材料的缺陷和不足，本发明公开了一种lisc1-xluxgeo4:ln3+,eu3+(ln＝tb,pr,or bi)光存储材料及其制备方法。本发明的制备方法为高温固相法，合成所需的设备成熟且简单，便于量产化生产。本发明的稀土与铋离子掺杂lisc1-xluxgeo4光存储材料具有较高的化学稳定性，载流子存储量高，并且室温的余辉较低。

2、为了实现以上目的，本发明的技术方案为：

3、一种lisc1-xluxgeo4:ln3+,eu3+光存储材料，其化学通式为lisc1-xluxgeo4:yln3+,zeu3+；其中，ln选自tb、pr或者bi，0≤x≤1，0.0001≤y≤0.02，0.0001≤z≤0.02。

4、可选的，其晶体结构为正交晶系(orthorhombic)，空间群为pnma(62)。

5、可选的，其可被x射线或254nm紫外光激发，并产生载流子的存储。

6、一种上述的lisc1-xluxgeo4:ln3+,eu3+光存储材料的制备方法，包括以下步骤：

7、1)根据元素摩尔之比为li:sc:lu:ge:o:ln:eu＝1:1-x:x:1:4:y:z的比例关系，分别称取含各元素的化合物原料；

8、2)将步骤1)称取的化合物原料混合均匀，在氧化性气氛下于1050～1350℃的温度下进行高温处理，得到所述lisc1-xluxgeo4:ln3+,eu3+光存储材料。

9、可选的，所述高温处理的保温时间为3～10小时。

10、可选的，所述高温处理的升温过程是以3～5℃/min的升温速率升温至1050～1350℃，降温过程为随炉自然冷却。

11、可选的，所述氧化性气氛为氧气气氛或空气气氛。

12、可选的，所述化合物原料中，

13、含锂的化合物原料为氧化锂、碳酸锂或氟化锂中的至少一种；

14、含钪的化合物原料为氧化钪、氟化钪、钪锭或硝酸钪中的至少一种；

15、含镥化合物原料为氧化镥、氟化镥或无水氯化镥中的至少一种；

16、含锗的化合物原料为锗粉、氧化锗或碘化锗中的至少一种；

17、含铽的化合物原料为氧化铽、氯化铽或氟化铽中的至少一种；

18、含镨的化合物原料为氧化镨、氯化镨或氟化镨中的至少一种；

19、含铋的化合物原料为铋粉、氧化铋或氯化铋中的至少一种；

20、含铕的化合物原料为氧化铕、氟化铕、氯化铕或硝酸铕中的至少一种。

21、上述的lisc1-xluxgeo4:ln3+,eu3+光存储材料在x射线成像、信息存储或防伪领域中的应用。

22、本发明的原理如下：化学通式为lisc1-xluxgeo4:yln3+,zeu3+(ln＝tb,pr,或者bi)的粉末状晶体发光材料。lisc1-xluxgeo4为晶体基质，tb3+、pr3+或bi3+为空穴陷阱与发光复合中心，eu3+为电子陷阱捕获中心。

23、本发明的有益效果为：

24、(1)采用理性掺杂的eu3+为电子捕获中心，而不采用固有缺陷为电子陷阱中心。eu3+的电子陷阱深度较深。在室温时，被铕离子捕获的电子释放的量较少，从而有较弱的室温余辉发光。在lisc1-xluxgeo4:yln3+,zeu3+中，eu3+的电子陷阱深度可以通过调节x的值来进行调控。(2)bi3+、tb3+或pr3+作为空穴陷阱与复合中心，发光颜色可以从紫外光调节到红光区域。lisc1-xluxgeo4:yln3+,zeu3+的化学稳定性高，可被x射线与254nm紫外光有效地激发(charging)，载流子存储量高。

25、(3)不采用高压和还原性的苛刻合成条件，在常压、氧化性的气氛下，采用高温固相法和lisc1-xluxgeo4:yln3+,zeu3+所需的化学原料即可合成出光存储材料。

26、(4)本发明的lisc1-xluxgeo4:yln3+,zeu3+光存储材料具有化学稳定性高、载流子存储量高、室温余辉低、可被x射线或254nm紫外光有效激发的独特特性。本发明lisc1-xluxgeo4:yln3+,zeu3+光存储材料的制备条件简单，可批量工业化生产。本发明的光存储材料可应用于x射线、信息存储以及光学防伪等领域。

技术特征：

1.一种lisc1-xluxgeo4:ln3+,eu3+光存储材料，其特征在于：化学通式为lisc1-xluxgeo4:yln3+,zeu3+；其中，ln选自tb、pr或者bi，0≤x≤1，0.0001≤y≤0.02，0.0001≤z≤0.02。

2.根据权利要求1所述的lisc1-xluxgeo4:ln3+,eu3+光存储材料，其特征在于：晶体结构为正交晶系，空间群为pnma(62)。

3.根据权利要求1所述的lisc1-xluxgeo4:ln3+,eu3+光存储材料，其特征在于：可被x射线或254nm紫外光激发，并产生载流子的存储。

4.一种权利要求1～3任一项所述的lisc1-xluxgeo4:ln3+,eu3+光存储材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的lisc1-xluxgeo4:ln3+,eu3+光存储材料的制备方法，其特征在于：所述高温处理的保温时间为3～10小时。

6.根据权利要求4所述的lisc1-xluxgeo4:ln3+,eu3+光存储材料的制备方法，其特征在于：所述高温处理的升温过程是以3～5℃/min的升温速率升温至1050～1350℃，降温过程为随炉自然冷却。

7.根据权利要求4所述的lisc1-xluxgeo4:ln3+,eu3+光存储材料的制备方法，其特征在于：所述氧化性气氛为氧气气氛或空气气氛。

8.根据权利要求4所述的lisc1-xluxgeo4:ln3+,eu3+光存储材料的制备方法，其特征在于：所述化合物原料中，

9.权利要求1～3任一项所述的lisc1-xluxgeo4:ln3+,eu3+光存储材料在x射线成像、信息存储或防伪领域中的应用。

技术总结
本发明属于长余辉发光材料的技术领域，公开了一种经掺杂的LiSc1‑xLuxGeO4光存储材料及其制备方法，其化学通式为LiSc1‑xLuxGeO4:yLn3+,zEu3+(Ln＝Tb,Pr,or Bi)；其制备方法是根据元素摩尔比Li:Sc:Lu:Ge:O:Ln:Eu＝1:1‑x:x:1:4:y:z,0≤x≤1,0.0001≤y≤0.02；0.0001≤z≤0.02；分别称取相应化合物原料，混合均匀后，在氧化性气氛下于1050～1350℃进行高温处理，得到光存储材料。本发明的光存储材料不仅可以存储254nm紫外光，还可以实现对X射线的存储，可应用于X射线、信息存储以及光学防伪等领域。本发明的方法简单，易实现量产。

技术研发人员：吕天帅,黄佩然,温祖惠,俞跃,郭灿,魏展画
受保护的技术使用者：华侨大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12