一种高浓度非桥氧配位银离子信息存储玻璃及其制备方法

本发明属于信息存储玻璃领域，尤其涉及一种高浓度非桥氧配位银离子信息存储玻璃及其制备方法。

背景技术：

1、随着5g通讯技术的推广普及，人类正进入一个智能互联的大数据时代。据国际数据公司(idc)预计，到2025年，全球当年就将产生175zb的数据总量。无论是磁、电、光存储都有着存储密度低、维护成本高和存储寿命短的问题，爆炸式增长产生的海量数据将带来电力消耗、空间占用等严重问题，因此开发高密度和高可靠的新型信息存储技术迫在眉睫。近来，飞秒激光技术的快速发展，有望巧妙地解决大容量光存储材料高速读写要求的光敏性与长寿命要求的稳定性之间的矛盾。飞秒激光具有很窄的脉冲宽度，经聚焦后能量密度高达1014-1015w/cm2，超过了氢原子的库仑场强。因此，在焦点附近，即使材料本身在激光波长处不存在本征吸收，也会因激光诱导的多光子吸收、多光子离子化等非线性反应，实现空间高度选择性的微结构改性，并赋予材料独特的光功能。这个优势是其它激光光源(传统连续和长脉冲激光)所无法比拟的。

2、荧光银量子团簇，[agm]x+，是一种由几个到几十个银原子或离子组成的类分子团簇，也是一种新型、高效、多阶的飞秒激光诱导荧光信息载体。[agm]x+具有与电子费米波长相当的亚纳米尺寸，具有量子限域效应决定的类分子能级结构和类分子高效荧光，具有适宜低功率飞秒激光刻写的低光学敏感度，其价态较易控制，原材料成本也较低，因此作为低阈值荧光活性中心，被认为是综合性能优于铜、金和铂等其他贵金属量子团簇的选择。同时，无机玻璃被认为是飞秒激光信息存储的最佳介质材料选择之一，具有非常好的物理化学稳定性，特别是具有低的光学敏感度和高的激光损伤阈值。由于荧光[agm]x+量子团簇的化学活性很高，故将其分散在玻璃网络中也有利于稳定其尺寸分布和荧光性能。因此，飞秒激光可在掺ag+玻璃中进行具有空间分辨率的微结构改写，ag+易接受激光诱导电离的电子被还原，并相互聚集长大成荧光[agm]x+量子团簇。

3、飞秒激光诱导银量子团簇形成的机理如下：当最初一系列飞秒激光脉冲与玻璃机制相互作用时，ag+与磷酸盐基质通过多光子吸收，产生大量自由电子，大量自由电子导致ag0形成(ag++e-→ag0)，反应的速率取决于掺杂浓度以及电子扩散程度。单脉冲微焦激光能量相比纳焦的增加会导致脉冲峰值功率的增加，导致多光子吸收电离的概率增加，更多的银量子团簇形成，光致发光的直径以及强度会增加，出于光存储的应用考虑，较小的发光直径及其产生的信号层间串扰也降低，使得相同尺寸的材料能实现更大容量的信息存储，因此提高玻璃体系中的ag+的浓度有利于玻璃中ag+对飞秒激光的敏感度提高，从而实现单脉冲，纳焦级别，和1μm发光直径的信息存储。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提供了一种高浓度非桥氧配位银离子信息存储玻璃及其制备方法。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种高浓度非桥氧配位银离子信息存储玻璃按摩尔百分比计，所含阳离子、阴离子分别具有如下化学计量比：

3、1)网络形成体阳离子、网络中间体阳离子、网络外体阳离子和激活剂银离子具有如下化学计量比：

4、

5、其中，网络形成体阳离子为p5+；网络中间体阳离子为al3+、mg2+和zn2+其中的至少一种；网络外体阳离子为mg2+和zn2+中的至少一种；

6、2)阴离子具有如下化学计量比：

7、o2-                             80～90％

8、f-                              10～20％

9、3)ag元素具有如下化学计量比：

10、ag+离子                         40～70％

11、ag原子                         30～60％。

12、第二方面，本发明实施例提供了一种高浓度非桥氧配位银离子信息存储玻璃的制备方法，包括以下步骤：

13、(1)按摩尔百分比配比，分别称量所需质量的阳离子对应的氧化物或者氟化物粉末原料；

14、(2)将阳离子对应的氧化物或者氟化物粉末原料混合均匀，熔制后倒入模具中成型，得到玻璃块材，退火以去除内应力；

15、(3)利用1030nm飞秒激光在玻璃表面向下预定义的深度处刻写，通过飞秒激光脉冲与玻璃相互作用刻写出由ag+离子和ag原子构成的类分子结构银团簇。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果：

17、(1)本发明通过合理引入znf2,mgf2和alf3等原料，既可以形成[alo4]-,[mgo4]2-和[zno4]2-等带负电的四面体单元提高玻璃三维网络的连通性，同时ag+离子作为这些四面体的电荷补偿剂，促进均匀分布，又可以形成[zno6],[mgo6]和[alo6]产生大量非桥氧连接ag+离子；高浓度非桥氧，溶解度策略在纯氧化物玻璃中引入氟化物破坏了氟磷酸盐键产生大量非桥氧与ag+连接，从而实现较高的银离子浓度。

18、(2)玻璃网络对激光敏感度高,玻璃网络形成大量非桥氧和氟化物是的玻璃的激光损伤阈值较低，能够以单脉冲较低能量实现网络结构中离子重排。

技术特征：

1.一种高浓度非桥氧配位银离子信息存储玻璃，其特征在于，按摩尔百分比计，所含阳离子、阴离子分别具有如下化学计量比：

2.如权利要求1所述的高浓度非桥氧配位银离子信息存储玻璃，其特征在于，按摩尔百分比计，桥氧和非桥氧具有如下化学计量比：

3.一种权利要求1-2任一项所述的高浓度非桥氧配位银离子信息存储玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种高浓度非桥氧配位银离子信息存储玻璃的制备方法，其特征在于，置入1300～1500℃箱式电炉中进行保温熔制0.5～2小时。

5.根据权利要求3所述的一种高浓度非桥氧配位银离子信息存储玻璃的制备方法，其特征在于，放置在300～400℃箱式电炉中保温1～4小时退火去除内应力。

6.根据权利要求3所述的一种高浓度非桥氧配位银离子信息存储玻璃的制备方法，其特征在于，利用1030nm飞秒激光在玻璃表面向下的100μm深度处刻写。

7.根据权利要求3所述的一种高浓度非桥氧配位银离子信息存储玻璃的制备方法，其特征在于，阳离子对应的氧化物或者氟化物粉末原料包括：p2o5、al2o3、、mgf2、znf2和/或ag2o。

技术总结本发明公开了一种高浓度非桥氧配位银离子信息存储玻璃及其制备方法，其组分按摩尔百分比计为：网络形成体阳离子(P)为20～35％；网络中间体阳离子(Al,Mg和Zn)为30～45％,网络外体阳离子(Zn和Mg)为15～25％，激活剂银离子10～20％，玻璃中桥氧(磷氧四面体之间和磷氧四面体与网络中间体四面体)比例80～90％；非桥氧(连接网络外体Mg和Zn)比例为10～20％。该荧光玻璃采用高温熔制法烧制，然后采取飞秒激光加工处理，具有较低的激光损伤阈值，玻璃中Ag<supgt;+</supgt;具有较高的激光灵敏度和较高的化学稳定性。本发明发展一种纳焦飞秒激光响应高浓度非桥氧配位银离子信息存储玻璃。技术研发人员：乔旭升,胡天,陈伟林,樊先平,王智宇,钱国栋受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13