[發明專利]一種紅色高亮度彈性應力發光材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310397695.7
• 申請日: 2013-09-05
• 公開（公告）號: CN103468258A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 張君誠;龍云澤;張紅娣
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: C09K11/67
• 分類號: C09K11/67;G01L1/24
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技術領域

本發明屬于應力發光功能材料科學技術領域，涉及一種紅色高亮度彈性應力發光材料(Ba,Ca)TiO₃：Pr³⁺，Re³⁺及其制備方法。該彈性應力發光材料以三價鐠離子激活堿土金屬鈦酸鹽無機化合物(Ba,Ca)TiO₃：Pr³⁺為基體，通過共摻雜三價稀土離子Y³⁺、La³⁺、Nd³⁺、Gd³⁺、Yb³⁺或Lu³⁺中的一種或多種的方法來制備。用本發明方法制備的紅色高亮度彈性應力發光材料可以顯著提高材料在實際應用中的彈性應力發光強度。

背景技術

應力發光材料是一種能直接將機械能轉換為光能的固體材料，即施加不同機械應力時材料因形變而發光。根據固體材料產生應力發光時的形變程度，應力發光材料可分為破壞性應力發光材料、塑性應力發光材料和彈性應力發光材料。其中，對彈性應力發光材料的研究雖然只有十余年歷史，但因具備其它應力發光材料無法比擬的優勢而成為當前功能材料研究熱點之一。在彈性形變限度內，彈性應力發光材料不僅擁有對檢測材料無損壞的特點，而且具有發光強度與應力強度成正比的特性。性能優良的彈性應力發光材料能對不同形式的機械應力刺激(如壓縮、拉伸、彎曲、碰撞、摩擦、扭轉、超聲等)做出即時響應，支持寬的應力強度測試范圍，可通過檢測材料應力發光的強度分布得到應力分布。當應力強度增大至超出材料彈性應變范圍到達塑性和破壞性形變區域，彈性應力發光材料又同時兼顧塑性應力發光材料和破壞性應力發光材料的發光特性，有利于探測各種不同結構的彈性形變、塑性形變及其破壞情況，可用于待測物體受力及受損情況的實時監測。目前，基于彈性應力發光材料開發的觸覺傳感器、智能蒙皮、自診斷安全管理系統等已經在人造皮膚和機器部件的應力分布實時檢測、監測，全天候城市建筑物防災、減災等領域表現出巨大的應用前景。

迄今為止，人們已經開發出十余種能夠發出不同顏色光的彈性應力發光材料。例如，發紅光的(Ba,Ca)TiO₃：Pr³⁺，發黃光的ZnS：Mn²⁺，發黃綠光的SrAl₂O₄：Eu²⁺，發藍光的Ca₂Al₂SiO₇：Ce³⁺和CaAl₂Si₂O₈：Eu²⁺，發藍綠光的SrCaMgSi₂O₇：Eu²⁺，以及發紫外光的SrAl₂O₄：Ce³⁺，Ho³⁺。其中，發紅光的(Ba,Ca)TiO₃：Pr³⁺材料不僅具有優良的防水特性，而且它的應力發光余輝最短，即應力施加結束后，應力發光迅速消失，無明顯的應力發光光暈及受力軌跡，不影響應力傳感器對后續弱應力信號做出分辨，在應力分布的實時觀測領域具有廣泛應用前景。然而，該材料較弱的應力發光強度始終阻礙其實際應用進程。2005年三價鐠離子激活復相鈦酸鋇鈣發光材料(Ba,Ca)TiO₃：Pr³⁺的彈性應力發光性能被首次報道(參看文獻Adv.Mater.，2005，17：1254-1258和專利文獻CN101343180B)，2010年張君誠等報道了在復相(Ba,Ca)TiO₃：Pr³⁺發光材料中通過增加富鈣相的含量提高其彈性應力發光強度的方法(參見文獻J.Electrochem.Soc.，2010，157：G269-G273)。但遺憾的是，該材料的彈性應力發光強度仍無法與具有強彈性應力發光的ZnS：Mn²⁺和SrAl₂O₄：Eu²⁺等材料相比擬，不能滿足實際應用的需要。因此，本領域迫切需要進一步提高復相(Ba,Ca)TiO₃：Pr³⁺發光材料的彈性應力發光強度，開發出一種具有廣泛應用前景的高亮度彈性應力發光材料。

發明內容