高效率的光学记录与上转换材料及其元件制造技术

一种高效率的光学记录与上转换材料及其元件，能够吸收和存储紫外和可见光，并在红外光作用下将其存储的能量以可见光的形式释放出；它是同时含有ＳｒＳ和ＣａＳ两种基质成分，并同时掺有铕、钐和铈三种杂质离子的多元碱土硫化物的材料及元件；具有用途广、响应速度快、发光效率高、响应和输出光谱范围宽等优点。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种具有光存储和上转换功能的材料。这种材料能吸收和存储紫外和可见光，并在红外光作用下将存储的能量以可见光的形式释放出来；或者说这种材料能存储或记录由紫外或可见光子携带的信息(或图象)并在近红外光作用下以显示的橙红色光信号读出信息。另一方面，当本材料对可见(兰绿)光和紫外光曝光后，具有能将近红外光子携带的信息转换成可见(橙红)光的功能。具有类似功能的材料大都是掺有二种稀土离子的IIa-VIb族化合物，早在四十年前人们就发现这类化合物具有红外激励发光的特性，并称其为红外激励磷光体。但由于制备难，效率低，始终没有得到开发和利用。直到近几年，随着激光和光子学的发展，其中某些被提出，作为对近红外光响应的红外敏感元件，和做为对光存储和信息处理中的功能元件发展。由于这些材料中具有较深的陷阱，能稳定的俘获电子，并只当用近红外光(λ∠1.6μm)才能引起光致发光，热效应极小。并且发光过程具有很小的时间常数，特别是输出光强与输入(写入或读出)光强具有较大的线性范围，都是这种材料的优点，已被申请专利的材料如SrS(Eu，Sm)，有很好的光致发光特性，它能用蓝光写入并发射桔红光，又如SrS(Ce，Sm)能输出绿光，但它们都是只掺二种杂质和单一基质的材料，效率较低，且材料不易做得稳定。本专利技术的主要目的是提供一种高效的紫外和可见光存储材料和元件，这种存储的图象能稳定的保持相当长的时间，当用红外光激发后能发光显示图象。也就是说这种材料是一种红外敏感元件或红外象转换元件，它只要对紫外(λ＜300nm)和可见(460-560nm)光曝光充能后，就能以最高的效率将红外光或将红外光在元件上成的象转换成橙红色光和图象。本专利技术材料为同时含有两种基质材料SrS和CaS，并同时掺有三种杂质(铕，钐和铈等)的多元碱土硫化物。其中二价铕离子具有极好的光致发光特性。铈离子既可做主激活剂调整输出光颜色也可与钐离子一起起辅激活剂的作用。这种材料具有更宽的发光光谱覆盖范围，更高的效率和更长的红外响应波长。在特殊的工艺条件和其它化学成分的调配下，合适的电荷补偿机制能保证材料中的铕离子和部分铈离子形成高效发光中心，而钐离子和部分铈离子形成电子陷阱，在紫外和兰绿光作用下，发光中心的电子激发到导带或高激发态，激发的电子通过导带或离子间的激发态遂道过程转移到电子陷阱中。由于陷阱相当深，被其俘获的电子对热很稳定，于是激发的能量就以俘获电子密度的形式存储在陷阱中了。只有当用近红外光激励时，电子才逸出阱外与留在发光中心上的空穴复合。这种光电子运动过程和机制给本材料提供了独特的光存储和上转换功能。而且具有可擦除，可重写，速度快，效率高，阈值能量低，线性范围大成本低等优点。本专利技术材料的化学成份是主要成分为多元碱土硫化物，含有两种基质成分SrS和CaS，其中同时掺有三种杂质离子，一种为铕，其它的为钐和铈，同时再加适量的碱土硫酸盐，碱土氟化物等做为助熔剂。稀土离子可以是氧化物，或硫化物或卤化物的形式加入。其相对基质总重量百分比率为SrS100-x wt％CaSx wt％ x＝5-100CaSO40-12 wt％CaF20-7 wt％Eu2O30.005-0.08 wt％Sm2O30.005-0.06 wt％Ce2O30.005-0.06 wt％本专利技术的红外传感元件是1.将上述化合物按所需比率称好混合，研磨后压成片子，之后放在高温炉中，在惰性气氛下加热，于1000-1250℃温度烧0.5-3小时，冷却后即得本专利技术材料。将上述制得的材料块，粉碎磨细后混入透明胶或某种有机粘和剂(如多聚物或树脂)中，直接制成多聚物薄膜。或敷在透明薄板衬底(如玻璃，石英，有机玻璃片等)上，作为图象处理和光转换元件。或敷在不透明的衬底(如纸，纤维板，各种不干胶纸片等)上，用于红外探测和传感元件。2.或将上述化合物按所需比率称好，混合研磨后沉积在氧化铝等耐高温的透明衬底上，之后放在电炉中，在惰性气氛下加热，于1000-1250℃温度烧0.5-3小时，冷却后即得本专利技术的元件。上述制得的元件可根据不同的需要，涂以适当的保护膜以便使用。本专利技术元件的优点是1.用途广可用作(1)紫外或可见光信息存储；(2)红外上转换或探测；(3)图象或信息处理；(4)防伪商标或隐形码；(5)多重存储器件；(6)多层存储器件。2.其特点是具有可擦除，可重写，速度快，特别是本专利技术为同时掺三种杂质的多元碱土硫化物，比已有技术中掺二种杂质的碱土硫化物发光效率高，阈值能量低，线性范围大和成本低等；3.输出光波长范围大，能用不同的写入光调整读出信号的颜色；4.红外响应光谱可到1.6μm，适用于红外光纤的光转换，且有更高的灵敏度；附图说明图1.可见光写入光谱分布(纵座标为发光强度取任意单位，横座标为写入波长)。图2.红外响应光谱分布(纵座标为发光强度取任意单位，横座标为读出波长)。图3.红外激励发光光谱分布图(纵座标为发光强度取任意单位，横座标为发光波长)。实施例实施例1按下面成分合成一种材料，其相对基质总重量的百分比率为SrS100wt％CaS0 wt％CaSO45 wt％CaF23 wt％Eu2O30.04wt％Sm2O30.03wt％Ce2O30.005 wt％按上述比例混合研匀后的原料放在氧化铝坩锅中，于1000℃温度下在电炉中烧2.5小时，同时通氩气。冷却后可得本专利技术材料，其可见光储能光谱如图1，曲线1所示。红外激励光谱如图2，曲线1所示。而激励发光光谱如图3，曲线1所示。将烧结的块体粉碎磨成细粉，混入粘合剂(如多聚物，树脂等)中，敷在各种薄板衬底(纸质，纤维，玻璃，石英，铝片，有机玻璃等)上，塑封后可做红外敏感元件。或直接做成多聚物(如聚甲基丙烯酸甲脂)薄膜，做图象转换和记录用。实施例2按下面成分合成一种材料，其相对基质总重量的百分比率为SrS 80 wt％CaS 20 wt％CaSO49 wt％CaF25 wt％Eu2O30.02wt％Sm2O30.01wt％Ce2O30.06wt％按上述比例混合研匀后的原料放在氧化铝坩锅中，于1100℃温度下在电炉中烧0.5小时，同时通氩气。冷却后可得本专利技术材料，其可见光储能光谱如图1，曲线2所示。红外激励光谱如图2，曲线2所示。而激励发光光谱如图3，曲线2所示。实施例3按下面成分合成一种材料，其相对基质总重量的百分比率为SrS 50 wt％CaS 50 wt％CaSO412 wt％CaF27 wt％Eu2O30.06wt％Sm2O30.04wt％Ce2O30.02wt％按上述比例混合研匀后的原料放在氧化铝坩锅中，于1050℃温度下在电炉中烧1。5小时，同时通氩气。冷却后可得本专利技术材料，其可见光波段储能光谱如图1，曲线3所示。红外激励光谱响应如图2，曲线3所示。激励发光光谱如图3，曲线3所示。将烧结的块体粉碎磨成细粉，混入粘合剂(如多聚物，树脂等)中，敷在各种薄板衬底(纸质，纤维，玻璃，石英，铝片，有机玻璃等)上，塑封后可做红外敏感元件。或直接做成多聚物(如聚甲基丙烯酸甲脂)薄膜，做图象转换和记录用。实施例4按下面成分合成一种材料，其相对基质总重量的百分比率为SrS 0wt％CaS 100 wt％Eu2O30.08本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效率的光学记录与上述转换材料，主要成分是碱土硫化物，掺杂有杂质离子铕、钐和铈，其特征在于本专利技术的多元碱土硫化物同时含有两种基质材料：ＳｒＳ和ＣａＳ，并同时掺杂有三种杂质离子：铕、钐和铈，具体的化学成份为（按相对基质重量百分比率）： ＳｒＳ １００－ｘ ｗｔ％ＣａＳ ｘ ｗｔ％ ｘ＝５－１００ＣａＳＯ↓［４］ ０－１２ ｗｔ％ＣａＦ↓［２］ ０－７ ｗｔ％Ｅｕ↓［２］Ｏ↓［３］ ０．００５－０．０８ ｗｔ％Ｓｍ↓［２］Ｏ↓［３］ ０．００５－０．０６ ｗｔ％Ｃｅ↓［２］Ｏ↓［３］ ０．００５－０．０６ ｗｔ％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈述春，戴凤妹，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]