[發明專利]一種復合摻雜鋁酸鹽的光信息存儲材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202210027907.1
• 申請日: 2022-01-11
• 公開（公告）號: CN116462219A
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 張君偉;阮昊;趙苗
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: C01F17/34
• 分類號: C01F17/34;C01F17/10;C09K11/77;G11B7/241
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

本發明提供一種復合摻雜鋁酸鹽的光信息存儲材料及其制備方法。所述光信息存儲材料的化學通式為Lusubgt;3?x/subgt;Alsubgt;5??y/subgt;Osubgt;12/subgt;：xR，yM，R選自Dy、Pr、Eu、Ba、Yb、Gd、Ta、Hf、Sr、Ce、Tb、Er、Tm、Nd中至少一種元素；M選自Fe、Mn、Ti、Ca、Cr、V、Sc、Mg中至少一種元素，其中，0≤x≤3，0≤y≤1。本發明制備的材料在光存儲、防偽、應急顯示和光信息處理等方面有巨大的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種摻雜鋁酸鹽的光信息存儲材料及其制備方法，屬于無機光存儲材料領域。

背景技術

光信息存儲材料，也稱電子俘獲材料，其主要原理為利用光激勵或熱激勵，使得材料內部的電子被陷阱所俘獲和脫陷，從而實現光學信息的讀/寫/擦。它具有存取速度快、可重復讀/寫/擦、高的存儲密度、紅外響應時間短和量子轉換效率高等優點。因此該類材料在光存儲、應急顯示和光信息處理等方面有巨大的應用前景。

目前研究中的電子俘獲材料尚存在諸多缺點，例如硫化物(CaSrS)、鹵化物(BaFCl)和氮化物等，其物理化學及熱穩定性差，且會引起環境污染，因此此類材料并不是光存儲材料的最佳選擇。

CN109704585A公開了一種用于光信息存儲的BaSi₂O₅：Eu²⁺，Nd³⁺玻璃陶瓷，其工藝簡單且成本低廉,可實現紫外光存儲和近紅外激光激勵下讀取，但該玻璃材料的物理穩定性較差，能否進入應用領域還需要綜合分析；CN1837142A公開了一種稀土摻雜镥鋁石榴石(Lu₃Al₅O₁₂：Ce)結構的閃爍陶瓷材料，此材料在近紫外和可見光區有較高的吸收效率，可激發出大量的載流子，光響應快，其主要應用于閃爍探測、固體激光等領域，且因該材料中陷阱深度淺、陷阱能級少，無法應用于光信息存儲領域。

在本發明中，選用镥鋁石榴石(Lu₃Al₅O₁₂)作為基體材料，通過選取合適的稀土離子或過渡離子進行摻雜，利用“陷阱工程”在基體材料引入大量深的缺陷陷阱，以此來實現其光信息存儲特性。

發明內容

為了克服目前有機光信息存儲材料及無機鹵/硫化物型光信息存儲材料的穩定性和環保性等問題，本發明提供了一種兩性金屬、過渡元素和稀土元素復合摻雜鋁酸鹽的光信息存儲材料及其二次固相反應合成方法，目的在于制備出具有良好的物理化學穩定性、良好的光信息存儲特性的材料。

一方面，本發明提供一種復合摻雜鋁酸鹽的光信息存儲材料，其特征在于，所述光信息存儲材料的化學通式為Lu_3-xAl_5--yO₁₂：xR，yM，R選自Dy、Pr、Eu、Ba、Yb、Gd、Ta、Hf、Sr、Ce、Tb、Er、Tm、Nd中至少一種元素；M選自Fe、Mn、Ti、Ca、Cr、V、Sc、Mg中至少一種元素，其中，0≤x≤3，0≤y≤1。

本發明提供的兩性金屬、過渡金屬和稀土元素復合摻雜鋁酸鹽的光信息存儲材料，其粉末態材料在254納米波長的紫外光激發下，被照射后材料內部部分載流子吸收能量被激發進入到陷阱能級被存儲起來，完成光信息寫入。移除光源后，再利用808納米波長的光激勵樣品，使得被陷阱捕捉的載流子得以釋放，再次受激發光，完成光信息讀出。

Lu位摻雜元素為材料引入了發光中心，Al位摻雜元素協同制造深的陷阱缺陷。

較佳地，x/y＝1～10，控制其摻雜摩爾比為1～10，可以既有效引入發光中心和陷阱中心，制造更深的缺陷陷阱，又可以防止濃度淬滅。