[发明专利]一种用于多维光存储的纳米晶透明玻璃陶瓷及其制备方法

说明书

本发明提出一种LiGa₅O₈：Mn²⁺纳米晶透明玻璃陶瓷的组分及其制备方法，目的在于制备出结构稳定，可用于实现紫外光信息写入和近红外激光信息读取的多维光存储透明玻璃陶瓷材料，涉及发光材料领域。该材料具有良好的光激励性能和缺陷性质，并且制备工艺简单、成本低廉。利用其透明的特点采用读取和写入光聚焦于材料不同深度的方式可使光存储模式由二维表面存储拓展到空间三维存储；利用其光激励读取出的510纳米发射光强度/625纳米发射光强度随前驱玻璃的热处理时间变化而宽幅可调的特点可实现波长维；利用其读取出的发光强度随254纳米紫外写入光功率的增加而增加的特点可实现强度维。

技术领域

本发明涉及固体发光材料领域，尤其是涉及一种能够应用于多维光存储的透明玻璃陶瓷及其制备。

背景技术

如今，人类文明的传承依赖于大量文字、图片、视频和音频等信息的存储，需存储的信息量日渐庞大，传统存储行业不堪重负。这引发了研究人员对新型存储材料及存储模式的探索。一种特殊的余辉材料—光激励材料，自发现之初便因其对光信息的可擦写性和对读取光的快速响应而受到了人们的广泛关注。该材料可以利用高能量光子使载流子被激发并存储于材料的深缺陷能级中，而后通过低能量光子的激励使束缚的载流子得以释放，并于发光中心产生发光。借助于此，利用受高能量光照射过的点位，随后在低能量光激励下会产生光信号，可代表二进制数据中的“1”，反之可代表“0”，能够实现对于光信息的数字化编码和解码。然而，目前的光激励材料(如金属纳米晶、氧化石墨烯、半导体量子点和稀土掺杂纳米晶)尚存在诸多缺点，例如制备过程的高成本、高毒性、低产率。并且，这些材料均需分散于有机基体中才能构成块状材料，带来了物理和化学稳定性差的问题，直接影响了这些材料在激光长期、反复照射下的使用寿命。同时，如今的二维表面光存储模式的存储容量很难突破1TB的瓶颈，制约了光存储技术的进一步发展。

本发明为了解决上述问题，制备了结构稳定、具有合适缺陷性质的LiGa₅O₈：Mn²⁺纳米晶透明玻璃陶瓷，该材料能够实现紫外光信息写入和近红外激光信息读取的多维光存储(空间三维、波长维、强度维)。

发明内容

本发明提出一种LiGa₅O₈：Mn²⁺纳米晶透明玻璃陶瓷的组分及其制备方法，目的在于制备出结构稳定，可用于实现紫外光信息写入和近红外激光信息读取的多维光存储透明玻璃陶瓷材料。

本发明采用如下制备工艺：

(1)前驱玻璃基体的设计，该玻璃基体组分含量如下：50-71mol％SiO₂；2-15mol％Al₂O₃；1-10mol％Na₂O；10-20mol％Ga₂O₃；5-15mol％Li₂O₃；0.01-1.0mol％MnCO₃，上述组分的摩尔总量为100mol％。优选组分为68mol％SiO₂；7mol％Al₂O₃；5mol％Na₂O；12.9mol％Ga₂O₃；7mol％Li₂O₃；0.1mol％MnCO₃。

(2)将粉体原料按照一定组分配比研磨均匀后置于坩埚中，放入高温炉中加热到1580-1680℃后保温1-5小时，随后，将玻璃熔液快速倒入300℃预热过的铜模中成形；得到的玻璃块体置于电阻炉中退火以消除内应力，防止其开裂；退火后的玻璃继续在750℃进行热处理，可得到最终的透明玻璃陶瓷材料。