Mn2+掺杂的ZnO-B2O3-SiO2光存储玻璃的研究

论文摘要

Mn2+掺杂的ZnO-B2O3-SiO2（ZBSM）体系玻璃是一种新型的光存储记忆材料,其在显像、存储、信息处理等领域有着广阔的应用前景。实验中,采用高温熔融的方法制备了性能优异的ZBSM光存储记忆玻璃;系统表征了其发光及存储性能,并进行了光存储实验模拟;研究了激活离子、辅助激活离子、基质组成等不同因素对ZBSM体系玻璃的光存储性能及陷阱分布影响;同时也探讨了组成变化对玻璃结构的影响,并以此为依据进一步解释了陷阱能级分布的变化。采用高温熔融法,从基质玻璃制备和激活离子Mn2+掺杂两方面入手,对ZBSM光存储玻璃进行了试制,得到了具有光激励长余辉性能的ZBSM玻璃,并确定了该体系玻璃的组成范围和熔制制度。通过荧光光谱、余辉光谱、热释光谱和顺磁共振谱等测试手段,系统表征了ZBSM玻璃的发光和存储性能。其中,荧光光谱及余辉光谱的测试说明:读出时信号光（即光激励余辉）与荧光中Mn2+的特征发射均来源于Mn2+的4T1（4G）→6A1g（6S）跃迁;而热释光曲线和顺磁共振谱的测试结果则说明,材料内部至少存在两种不同能级深度的陷阱,中心深度约为1.02eV的深陷阱能级可对电子实施稳定存储。并通过光存储实验,对ZBSM玻璃的图像存储和逻辑运算等功能进行了模拟。通过热释光谱研究了激活离子、共激活离子、基质组成等不同因素对ZBSM玻璃的光存储性能及陷阱分布的影响,结果发现:激活离子Mn2+的增多可以提高存储能量,但也存在浓度淬灭;适量的Yb3+可以抑制Mn2+的浓度淬灭,但会对光存储产生不利。辅以ZnO-B2O3:Mn2+（ZBM）、ZnO-SiO2:Mn2+（ZSM）和ZnO-P2O5:Mn2+（ZPM）三体系玻璃的热释光研究发现,基质组成变化对材料光存储性能及陷阱分布具有较大影响,ZnO含量大于60mol%时,中心深度约为1.02eV的深陷阱能级在上述四体系玻璃中均有一定浓度的分布,且陷阱能级深度和浓度均会随网络形成体SiO2、B2O3、P2O5不同而变化,而相比之下Si-O网络更适于深能级陷阱的产生。通过对ZBM、ZBSM两体系玻璃的红外吸收光谱的测试,研究了玻璃中各种结构基团随组成的变化,归纳了ZBSM体系光存储玻璃的特征结构,并以此为依据进一步解释了基质组成对陷阱能级分布的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 电子俘获型光存储材料
• 1.1.1 电子俘获光存储材料的研究现状
• 1.1.2 电子俘获材料的光存储机理
• 1.2 光存储玻璃
• 1.2.1 光存储玻璃的研究现状
• 1.2.2 光存储玻璃的制备
• 1.2.3 玻璃的结构与缺陷
• 1.3 课题的提出
• 2 ZBSM 光存储玻璃的制备
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验设备
• 2.1.3 样品制备及工艺流程
• 2.2 实验结果与讨论
• 2.2.1 ZBS 基质玻璃的制备
• 2+的掺杂'>2.2.2 Mn²⁺的掺杂
• 2.3 本章小结
• 3 ZBSM 光存储玻璃的性能研究与功能模拟
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 样品制备
• 3.1.3 样品表征
• 3.2 性能研究
• 3.2.1 荧光光谱
• 3.2.2 余辉发射光谱
• 3.2.3 余辉衰减曲线
• 3.2.4 热释光谱
• 3.2.5 顺磁共振谱
• 3.3 功能模拟
• 3.3.1 实验装置
• 3.3.2 图像存储
• 3.3.3 逻辑运算
• 3.4 本章小结
• 4 ZBSM 及相关体系玻璃的陷阱分布和结构研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 样品制备
• 4.1.3 样品表征
• 4.2 ZBSM 及相关体系玻璃的陷阱分布
• 4.2.1 ZBSM 玻璃的陷阱分布
• 4.2.2 相关体系玻璃的陷阱分布
• 4.3 ZBSM 玻璃结构的研究
• 2O₃ 系列玻璃的结构研究'>4.3.1 xZnO-（100-x）B₂O₃系列玻璃的结构研究
• 2O₃-（100-x）/2SiO₂ 系列玻璃的结构研究'>4.3.2 xZnO-（100-x）/2B₂O₃-（100-x）/2SiO₂系列玻璃的结构研究
• 2O₃-xSiO₂ 系列玻璃的结构研究'>4.3.3 60ZnO-（40-x）B₂O₃-xSiO₂系列玻璃的结构研究
• 4.3.4 ZBSM 光存储玻璃结构的初探
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集