基本信息
- 项目名称：
- 新型锡酸盐光存储材料的研制及其信息存储概念模型的制作
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 针对光存储技术在材料方面的关键问题，以碱土锡酸盐为研究对象，通过实验筛选，得到了两种具有优秀光存储特性和实际应用潜力的新型光存储材料：Mg2SnO4和Sr2SnO4:Tb3+,Li+。Mg2SnO4具有较强的长余辉和光存储现象。而Sr2SnO4:Tb3+,Li+由于余辉很弱，具有更好的光存储性能，并利用该材料制作了光存储概念模型。结果表明：光存储技术应用关键在于材料的永久存储的和激光器的超细精度。
- 详细介绍：
- 电子俘获型超高密度光存储技术是继磁存储、烧坑光盘存储和闪存后的第四代海量信息存储技术。光存储技术的关键在于具有优良红外上转换光激励现象的发光材料。然而目前，人们只在碱土硫化物和一些长余辉材料中观察到了红外上转换光激励现象。由于硫化物不稳定且有污染，而长余辉又会削弱光存储性能，因此寻找一种没有长余辉或者余辉很弱的氧化物体系就成为光存储技术发展及其实际应用的关键。本作品选取物理化学性质稳定、且具有较多蓄能陷阱的碱土锡酸盐作为研究对象，通过实验筛选，首次发现了两种具有实际应用潜力的新型光存储材料：Mg2SnO4 和Sr2SnO4:Tb3+,Li+。研究结果表明：Mg2SnO4 在紫外光写入信息后，用红外激光可以读出很强的绿色光信号，不过由于Mg2SnO4 具有很强的长余辉，因此其信息存储时间和强度有限。另一方面，Sr2SnO4:Tb3+,Li+ 在红外激光激发下也体现很强的绿色光信号，由于Sr2SnO4:Tb3+,Li+ 几乎没有余辉，因此其具有了较好的实际应用价值。为了探索光存储技术的实现途径和现有技术难点，我们利用所开发的新型Sr2SnO4:Tb3+,Li+ 光存储材料制作了电子俘获型信息光存储光盘及其光驱系统的概念演示模型，结果表明：光存储技术实际应用的关键瓶颈在于信息可永久存储的光存储材料和超细精度的紫外-红外激光器。因此本作品的研究成果不仅具有较好的实际应用价值，而且对于丰富人们对锡酸体系发光性能的认识，启迪新型光存储材料及信息光存储技术的研发思路具有一定的理论启发意义。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本作品的撰写目的是：制备出具有优良光存储性能和较好应用潜力的新型光存储材料，理解其基本的光存储机理，同时探索光存储技术的实现途径及技术难点。 本作品的基本思路是：选择具有较多蓄能陷阱的类尖晶石结构的碱土锡酸盐体系作为研究对象，采用实验筛选的办法寻找具有优良光存储性能的新型光存储材料，同时根据我们所获得新型光存储材料的特点，设计制作信息光存储概念模型，探索其实现途径和技术难点。
科学性、先进性及独特之处
- 1,本作品针对信息光存储技术在材料方面的关键问题，开展新型实用光存储材料的探索性研制，因此属于科学前沿，具有显著的科学性。 2,本作品获得了两种具有优良光存储性能和一定实际应用价值的新型氧化物光存储材料，在实用材料开发方面有一定的突破性和先进性。 3,本作品不仅获得了具有实用潜力的光存储材料，还根据所获材料的特点，制作了信息光存储概念光盘模型，为光存储技术的实现途径和技术难点提出了建设性意见。
应用价值和现实意义
- 1,所获得的Sr2SnO4:Tb3+,Li+ 由于余辉很弱，因此其光存储时间较长，具有了较好的实际应用价值。 2,对光存储机理的研究结论为将来光存储材料的改性或新材料的开发提供了一些理论启发。 3,利用本作品所开发的新型Sr2SnO4:Tb3+,Li+ 光存储材料制作了信息光存储光盘的概念模型，通过模型的演示，提出了信息光存储技术将来的发展关键在于可永久存储的光存储材料和超细精度的激光器。
学术论文摘要
- 电子俘获型超高密度光存储技术是继磁存储、烧坑光盘存储和闪存后的第四代海量信息存储技术。光存储技术的关键在于具有优良红外上转换光激励现象的发光材料。然而目前，人们的研究对象主要为碱土硫化物和一些长余辉材料，由于硫化物不稳定且有污染，而长余辉又会削弱光存储性能，因此寻找一种性能更加优异的光存储材料就成为光存储技术发展及应用的关键。本文选取物理化学性质稳定、且具有较多蓄能陷阱的碱土锡酸盐作为研究对象，通过实验筛选，首次发现了两种新型光存储材料：Mg2SnO4 和Sr2SnO4:Tb3+,Li+。研究表明：Mg2SnO4在紫外光写入信息后，用红外激光可以读出很强的绿色光信号，但由于较强的长余辉能量损失，其信息存储时间和强度有限。此外，Sr2SnO4:Tb3+,Li+ 也具有较好的光存储性能，而且该材料几乎没有余辉，因此其具有更好的实际应用价值。为了探索光存储技术的实现途径和技术难点，我们利用所开发的Sr2SnO4:Tb3+,Li+光存储材料制作了电子俘获型信息光存储光盘及其光驱系统的概念演示模型，结果表明：光存储技术实际应用的关键在于信息可永久存储的光存储材料和超细精度的紫外-红外激光器。
获奖情况
- 1, Minghui Yu, Qingsong Qin, Jiachi Zhang*, et al，The persistent luminescence and up conversion photostimulated luminescence properties of nondoped Mg2SnO4 material. Journal of Applied Physics. 108 (2010) 123518. SCI Impact=2.201. 2, Qingsong Qin, Minghui Yu, Jiachi Zhang* et al, Up-conversion photostimulated luminescence of Mg2SnO4 for optical storage. Chinese Physics Letters. Vol. 28, No. 2 (2011) 027802. SCI Impact=0.743. 3, Qingsong Qin, Minghui Yu, Jiachi Zhang* et al, The photoluminescence, afterglow and up conversion photostimulated luminescence of non-doped and Eu3+ doped Mg2SnO4 phosphors for optical storage. Journal of Luminescence. In press. SCI Impact=1.628. 4，Qingsong Qin, Minghui Yu, Jiachi Zhang* et al Synthesis and infrared up-conversion photostimulated luminescence properties of a novel optical storage material Sr2SnO4:Tb3+,Li+ , Acta Physcal Sinical. SCI Impact=1.165. 5,2010年获本校课外学术作品展一等奖以及本校创新创业行动计划校级二等奖;2011年获本省挑战杯一等奖。
鉴定结果
- 本作品取材新颖，采用简单工艺，制备出高效、稳定、环保的新型光存储材料。经查新，具有独创性，已发表学术论文两篇，可在超高密度、超高速度光盘存储、影像存储、信息处理、光量子计算、红外探测等方面得到应用。
参考文献
- [1] W. Chen, A. G. Joly, and J. Z. Zhang, Phys. Rev. B 64, 041202 (2001). [2] H. Zeng, J. Song, D. Chen, S. Yuan, X. Jiang, Y. Cheng, Y. Yang, and G. Chen, Opt. Express 16, 6502 (2008). [3] R. Inoue, M. Kitagawa, T. Nishigaki, D. Morita, K. Ichino, H. Kobayashi, M. Ohishi, and H. Saito, J. Cryst. Growth 198–199, 1196 (1999). [4]LindmayerJ.Anewerasableopticalmemory[J].SolidStateTechnology,31(8):135—138(1988). [5] S. Sapra, A. Prakash, A. Ghangrekar, N. Periasamy, and D. D. Sarma, J. Phys. Chem. B 109, 1663 (2005). [6] X. Y. Wang, W. Yu, J. Zhang, J. Aldana, X. Peng, and M. Xiao, Phys. Rev. B 68, 125318 (2003). [7] Zhang Y, Wang B, Liu X and Xiao M J. Appl. Phys. 107 103502(2010). [8]Chen, R; Wang, YH; Hu, YH; Hu, ZF; Liu, C,JOURNAL OF LUMINESCENCE,; 128 (7): 1180(2008). [9] Liao.J. S, Qiu.B, Wen.H.R, Chen.J.L,You.W.X Mater.Res.Bull. 44 1863(2009).
同类课题研究水平概述
- “电子俘获型光存储材料”的概念自1986年提出以来，世界各国都开展了大量相关研究。目前主要的研究对象也都集中在碱土金属硫化物方面（CaS，BaS，SrS，ZnS等），虽然硫化物具有很好的红外上转换光激励现象，且存储强度较稳定，存储时间较长，但其物理化学稳定性很差，易分解，这将大大缩短光存储设备的有效使用寿命。另一方面，硫化物在生产应用中还会对人体和我们的生活环境造成严重的污染，因此碱土金属硫化物并不是信息光存储技术实际应用的最佳选择，现有与硫化物有关的研究也只能更多的提供一些关于光存储机理的基础性理论依据。近年来，人们在一些具有长余辉发光的稳定的氧化物体系中也发现了红外上转换光激励现象，其典型代表包括SrAl2O4:Eu2+,Dy3+，Y2O2S:Eu3+,Tm3+ 等体系，然而，由于这类材料具有很强的长余辉（通常超过4个小时），因此通过紫外辐照而存储在蓄能陷阱中的电子很容易在常温环境中就释放出来，因此虽然这类材料的初始光存储读出强度很高，但其放置一段时间后的光存储强度衰减严重，甚至消失，因此具有很强长余辉发光的光存储材料也并不具备实际应用价值。而在本作品中，我们首次获得了两种物理化学稳定的，且具有较好光存储性能的新型氧化物光存储材料，其中的Sr2SnO4:Tb3+,Li+ 由于余辉很弱，所以与已有的长余辉光存储材料相比，其信息存储强度和时间大大提高，具有了一定的实际应用潜力。
