一种基于Au-NaYF4:Eu

一种基于au-nayf4:eu
3+-au阵列的光信息存储方法
技术领域
1.本发明属于应用光学技术领域，具体涉及一种基于au-nayf4:eu
3+-au阵列的光信息存储方法。


背景技术：

2.目前人类已经进入信息技术时代，我们的生产生活中需要处理大量的数据。近年来，研究人员一直致力于探索高效的信息存储设备和信息存储方法。与传统的磁性存储和半导体存储器相比，光信息存储的优点是效率高、能耗低、存储寿命长，因此受到极大的重视。稀土纳米材料具有优异的发光性能和高效的光谱转换能力。最近，已经有许多尝试通过将光致变色与稀土离子发光相结合，使用再掺杂的光致变色材料不仅可以有效地读取存储的光学信息，还可以通过改变稀土离子的含量和种类来调节光致变色和发光。然而由于光致变色材料的结晶度差或稀土离子与主基体之间的晶格不相容，限制了信息读取的分辨率和信噪比，信息读出是基于发光颜色对比，不仅计算激发光子，还要计算某些跃迁强度的比值，信息读取变的不再简单，因此需要构建一种简单易行的光信息存储材料的制备方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种基于au-nayf4:eu
3+-au阵列的光信息存储方法，在此阵列中的每个点都可以在增强态和猝灭态之间快速切换从而实现精确的、快速的信息读取。
4.针对上述目的，本发明所采用的技术方案包括下述步骤：
5.1.制备au-nayf4:eu
3+-au薄膜
6.使用热蒸发镀膜仪在玻璃基底上蒸镀金纳米颗粒薄膜，退火处理得到au纳米岛膜；取nayf4:eu
3+
白色粉末溶解在去离子水中，超声分散均匀，再将所得分散液滴加在au纳米岛膜表面，干燥形成au-nayf4:eu
3+
双层膜，最后用喷金仪将au颗粒均匀的喷涂在au-nayf4:eu
3+
双层膜表面，形成au-nayf4:eu
3+-au薄膜。
7.2.在au-nayf4:eu
3+-au薄膜表面构建高分辨阵列
8.在波长为532nm的激发光下，分别使用高功率ph和低功率p
l
两种功率的激光在au-nayf4:eu
3+-au薄膜表面辐照并构建所需阵列。
9.3.数据的读取
10.在激发功率为p下收集阵列中各个点的荧光成像，其中p
l
《p《ph；将阵列中各个点的亮灭状态相对应，生成对应的数据信息。
11.上述步骤1中，优选使用热蒸发镀膜仪在洗净的玻璃基底上蒸镀厚度为3～5nm的金纳米颗粒薄膜，蒸镀的真空度为2.0
×
10-5
～2.5
×
10-5
pa、沉积速率为pa、沉积速率为
12.上述步骤1中，优选退火处理的温度为290～310℃、时间为25～40s。
13.上述步骤1中，优选分散液中nayf4:eu
3+
纳米颗粒的浓度为0.03～0.05mol/l。
14.上述步骤1中，优选干燥的温度为40～60℃，形成的au-nayf4:eu
3+
双层膜中nayf4:eu
3+
的厚度为200～500nm。
15.上述步骤1中，优选au-nayf4:eu
3+
双层膜表面喷涂的au颗粒的厚度为8～15nm。
16.上述步骤2中，优选0.7mw《p
l
《ph《24mw，5mw《p
h-p
l
。
17.上述步骤3中，优选3mw《p
h-p。
18.本发明的有益效果如下：
19.1.本发明利用局域表面等离激元共振(lspr)的强光约束和超快热响应增强了发光晶体中的晶格振动，从而促进了稀土离子的热猝灭效应，可以在两个稳定的发光态之间快速切换。利用532nm激光器作为辐照源，快速获得了复合结构y2o3：eu
3+
@au。通过调整辐照光功率，可以实现全光子信息的写入、读取和擦除，而不需要额外的设备或操作。
20.2.本发明制备的薄膜面积较大、容易量化，数据存储容量大。将稀土发光材料的亮灭状态与数字信息相对应，从而实现数字信息存储。这种精确、安全的等离激元热辅助发光技术为各种数据加密、防伪和测控技术方面的应用提供了新思路。特别是本发明中构建了au-nayf4:eu
3+-au高分辨稀土薄膜阵列，可以稳定、快速地实现一串数据的读写，使数据传输更加高效便捷。
附图说明
21.图1是au-nayf4:eu
3+
双层膜的sem图。
22.图2是au-nayf4:eu
3+-au薄膜sem图。
23.图3是实施例1中在au-nayf4:eu
3+-au薄膜表面构建的4
×
8点阵的sem图。
24.图4是实施例1中激发光功率为2.5mw时的荧光成像图。
25.图5是实施例1中激发光功率为7mw时的荧光成像图。
26.图6是实施例1中激发光功率为16mw时的荧光成像图。
27.图7是实施例2中au-nayf4:eu
3+-au薄膜表面构建的5
×
3点阵的sem图。
28.图8是实施例2中激发光功率为2.5mw时的荧光成像图。
29.图9是实施例2中激发光功率为16mw时的荧光成像图。
30.图10是实施例2中激发光功率为7mw时的荧光成像图。
具体实施方式
31.下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
32.下面实施例中，所用的nayf4:eu
3+
白色粉末的制备方法为：在锥形瓶中将2.5ml浓度为0.5mol/l的y(no3)3水溶液、0.05ml浓度为0.5mol/l的eu(no3)3水溶液和7ml浓度为0.2mol/l的naf水溶液搅拌均匀，接着将混合溶液在75℃水浴锅中搅拌2小时，待溶液冷却后通过离心得到白色沉淀，最后用去离子水和酒精反复洗净，在50℃干燥箱内干燥12h后，得到nayf4:eu
3+
白色粉末。
33.实施例1
34.1.制备au-nayf4:eu
3+-au薄膜
35.使用热蒸发镀膜仪在洗净的玻璃基底上蒸镀厚度为5nm的金纳米颗粒薄膜(金属靶材的纯度为99.999％的金丝，蒸镀真空度为2.1
×
10-5
pa，沉积速率为)。将得到的金纳米颗粒薄膜在300℃退火，退火持续时间为30s，最终得到大面积比较均匀au纳米岛膜；
然后将0.03g nayf4:eu
3+
白色粉末溶解在2ml去离子水中，在超声池中超声10min使稀土颗粒均匀分散，得到0.045mol/l的nayf4:eu
3+
分散液；再将所得分散液滴加在au纳米岛膜表面，在50℃的干燥箱中干燥3小时，形成au-nayf4:eu
3+
双层膜(见图1)，所述双层膜中nayf4:eu
3+
的厚度为200～500nm；最后用喷金仪将au颗粒均匀的喷涂在au-nayf4:eu
3+
双层膜表面，喷涂的au颗粒的厚度为8～15nm，形成au-nayf4:eu
3+-au薄膜(见图2)。
36.2.在au-nayf4:eu
3+-au薄膜表面构建高分辨阵列
37.使用功率大小分别为6mw和15mw(波长为532nm)的激光在au-nayf4:eu
3+-au薄膜表面辐照并构建一个4
×
8点阵，其中第一行第2、4、7、8列的点，第二行第2、5、6、7列的点，第三行第2、5、6、7列的点，第四行第2、4、6、8列的点，辐照功率为15mw，剩余点辐照功率为6mw。将au-nayf4:eu
3+-au薄膜表面构建的4
×
8点阵进行扫描电镜表征，结果见图3。
38.3.数据的读取
39.通过改变激发光功率的大小，收集4
×
8点阵的荧光成像，会出现三种不同的发光情况。当激发光功率p＝2.5mw(小于6mw)时，阵列中所有的点都不会猝灭，此时4
×
8点阵的荧光成像为全亮状态，结果见图4。当激发光功率p＝7mw(大于6mw且小于15mw)时，阵列中由低功率辐照引发相变的点会发生猝灭，此时4
×
8点阵的荧光成像只有第一行第2、4、7、8列的点，第二行第2、5、6、7列的点，第三行第2、5、6、7列的点，第四行第2、4、6、8列的点发红橙色光，结果见图5。当激发光功率p＝16mw(大于15mw)时，阵列中所有的点都会发生猝灭，此时4
×
8点阵的荧光成像处于全灭状态，结果见图6。
40.在读取加密信息时，收集阵列中各个点的荧光成像，激发光功率大小为p＝7mw。将阵列中各个点荧光成像的亮灭状态与二进制字符“1”、“0”相对应，最终得到所写字符串。第一行读取到的数据为01010011，对应的ascii码为s；第二行的数据为01001110，对应的ascii码为n；第三行的数据为01001110，对应的ascii码为n；第四行的数据为01010101，对应的ascii码为u。最终，此4
×
8点阵读取到的数据信息为“snnu”。
41.实施例2
42.1.制备au-nayf4:eu
3+-au薄膜
43.该步骤与实施例1的步骤1相同。
44.2.在au-nayf4:eu
3+-au薄膜表面构建高分辨阵列
45.使用功率大小分别为6mw和15mw(波长为532nm)的激光在au-nayf4:eu
3+-au薄膜表面辐照并构建一个5
×
3点阵。其中第一行中全部点、第二行第3列上的点、第三行中全部点、第四行第3列上的点、第五行中全部点的辐照功率为15mw，剩余点辐照功率为6mw。将au-nayf4:eu
3+-au薄膜表面构建的5
×
3点阵进行扫描电镜表征，结果见图7。
46.3.数据的读取
47.当激发光功率p＝2.5mw(小于6mw)时，阵列中所有的点都不会猝灭，此时5
×
3点阵的荧光成像为全亮状态，结果见图8；当激发光功率p＝16mw(大于15mw)时，阵列中所有的点都会发生猝灭，此时5
×
3点阵的荧光成像处于全灭状态，结果见图9。
48.使用激发光功率为7mw的激光对5
×
3点阵进行荧光成像。发现阵列中第一行中全部点、第二行第3列上的点、第三行中全部点、第四行第3列上的点、第五行中全部点发红橙色光，阵列上其余点都不发光，结果见图10。将阵列中各个点荧光成像的亮灭状态进行收集并对应于5
×
3点阵，最终得到图案形数字“3”。

技术特征：
1.一种基于au-nayf4:eu
3+-au阵列的光信息存储方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)制备au-nayf4:eu
3+-au薄膜使用热蒸发镀膜仪在玻璃基底上蒸镀金纳米颗粒薄膜，退火处理得到au纳米岛膜；取nayf4:eu
3+
白色粉末溶解在去离子水中，超声分散均匀，再将所得分散液滴加在au纳米岛膜表面，干燥形成au-nayf4:eu
3+
双层膜，最后用喷金仪将au颗粒均匀的喷涂在au-nayf4:eu
3+
双层膜表面，形成au-nayf4:eu
3+-au薄膜；(2)在au-nayf4:eu
3+-au薄膜表面构建高分辨阵列在波长为532nm的激发光下，分别使用高功率p
h
和低功率p
l
两种功率的激光在au-nayf4:eu
3+-au薄膜表面辐照并构建所需阵列；(3)数据的读取在激发功率为p下收集阵列中各个点的荧光成像，其中p
l
<p<p
h
；将阵列中各个点的亮灭状态相对应，生成对应的数据信息。2.根据权利要求1所述的基于au-nayf4:eu
3+-au阵列的光信息存储方法，其特征在于，步骤(1)中，使用热蒸发镀膜仪在洗净的玻璃基底上蒸镀厚度为3～5nm的金纳米颗粒薄膜，蒸镀的真空度为2.0
×
10-5
～2.5
×
10-5
pa、沉积速率为pa、沉积速率为3.根据权利要求1所述的基于au-nayf4:eu
3+-au阵列的光信息存储方法，其特征在于，步骤(1)中，所述退火处理的温度为290～310℃、时间为25～40s。4.根据权利要求1所述的基于au-nayf4:eu
3+-au阵列的光信息存储方法，其特征在于，步骤(1)中，所述分散液中nayf4:eu
3+
纳米颗粒的浓度为0.03～0.05mol/l。5.根据权利要求1所述的基于au-nayf4:eu
3+-au阵列的光信息存储方法，其特征在于，步骤(1)中，所述干燥的温度为40～60℃，形成的au-nayf4:eu
3+
双层膜中nayf4:eu
3+
的厚度为200～500nm。6.根据权利要求1所述的基于au-nayf4:eu
3+-au阵列的光信息存储方法，其特征在于，步骤(1)中，所述au-nayf4:eu
3+
双层膜表面喷涂的au颗粒的厚度为8～15nm。7.根据权利要求1所述的基于au-nayf4:eu
3+-au阵列的光信息存储方法，其特征在于，步骤(2)中，0.7mw<p
l
<p
h
<24mw，5mw<p
h-p
l
。8.根据权利要求1所述的基于au-nayf4:eu
3+-au阵列的光信息存储方法，其特征在于，步骤(3)中，3mw<p
h-p。

技术总结
本发明公开了一种基于Au-NaYF4:Eu


技术研发人员：张正龙 张辉 张成云 陈环 郑海荣
受保护的技术使用者：陕西师范大学
技术研发日：2022.12.29
技术公布日：2023/7/12