一种多波段弹性应力发光材料及其制备方法技术

一种多波段弹性应力发光材料及其制备方法，属于无机发光材料领域。所述多波段弹性应力发光材料的化学表达式为A

A multi band elastic stress luminescent material and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种多波段弹性应力发光材料及其制备方法
本专利技术属于无机发光材料领域，特别是涉及覆盖可见-近红外的一种多波段弹性应力发光材料及其制备方法。
技术介绍
应力发光(Mechanoluminescence,简称ML)是指固体材料在机械力作用下产生发光的现象，机械作用包括撞击、挤压、摩擦、超声振荡等作用。根据形变程度和是否可恢复，应力发光材料可分为破坏性的断裂应力发光和非破坏性形变应力发光材料，非破坏性形变应力发光材料又可分为弹性应力发光材料和塑性应力发光材料，其中弹性应力发光具有可重复、发光强度正比应力大小、灵敏度高等特点，具备应用于应力传感、桥梁建筑探伤、触屏技术和电子皮肤等领域的潜在可能。迄今为止，人们已经开发出不同波段的弹性应力发光材料。代表性例子包括：SrMgSi2O6:Ce3+(370nm)、CaAl2Si2O8:Eu2+(430nm)、BaSi2O2N2:Eu2+(498nm)、SrAl2O4:Eu2+,Dy(520nm):AppliedPhysicsLetters,2000,76(2):170-181、CaZnSO:Cu+(530nm)、ZnS:Mn2+(585nm)、LiNbO3:Pr3+(612nm):Advancedmaterials,2017,29(22):1606914、CaNb2O6:Pr3+(615nm)、CaZnSO:Mn2+(614nm)、CaZnSO:Nd3+(1390nm):ACSappliedmaterials&interfaces,2018,17(10):14509-14516。尽管弹性应力发光材料受到了广泛的关注，当前弹性应力发光材料的研究存在以下问题：(1)应力发光材料的种类较少；(2)已报道的应力发光材料的发光主要集中于可见光波段；(3)已报道的应力发光材料的发光波段单一，通常为单峰发射；(4)应力发光材料的机理不明确，应力发光材料的开发设计较为困难。上述问题对弹性应力发光的实际应用和大规模推广产生较大的困难。由于近红外光对于生物组织具有较强的穿透性(第一生物窗口：700～900nm、第二生物窗口：1000～1400nm、第三生物窗口：1450～1870nm)，且长波长发光受生物体组织的散射干扰更小，因此近红外应力发光材料在生物力学传感、电子皮肤等方面具有极大的应用潜力，然而目前仅有少数几例关于近红外弹性应力发光材料的报道，已知的弹性应力发光材料波长最长为1390nm(位于第二生物窗口)。同时，相比于短波长光，长波长光对于硅酸盐和铝酸盐混凝土也具有更强的穿透性能力，因此基于近红外光弹性应力发光实现对于桥梁建筑结构的应力分析和结构探伤也具有重要意义。除此此外，具有多个波段的弹性应力发光材料在多模式刺激响应型信息防伪领域也呈现广阔的应用空间。由此可见，开发可覆盖可见-近红外的多波段弹性应力发光材料，特别是在第三生物窗口内具有高效发光的新型弹性应力发光材料具有重要意义。然而，目前对于应力发光材料的机理尚不明确。研究结果表明，实现高效弹性应力发光可能同时需要满足压电性结构(或具有局域非对称结构)、高效的激活剂(发光中心)、合适的陷阱及有效的能量传递路径等多个条件，因此通过简单的离子掺杂并无法保证获得高效的应力发光材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为了克服现有技术存在的上述不足，提供覆盖可见-近红外的一种多波段弹性应力发光材料及其制备方法。所述多波段弹性应力发光材料的化学表达式为A1-xZnSO:Erx，其中，x为激活剂稀土离子Er3+的摩尔百分比含量，0<x<1；A选自Ca、Sr、Ba中的至少一种。所述多波段弹性应力发光材料中A至少包含Sr元素。所述多波段弹性应力发光材料的应力发光波段同时包括可见光和近红外光。所述多波段弹性应力发光材料的应力发光包括510～580nm(绿光)、950～1020nm(近红外光)和1500～1600nm(近红外光、第三生物窗口)等多个波段。所述多波段弹性应力发光材料无需进行预先的紫外光或可见光照射，直接对其施加应力即可出现应力发光。所述多波段弹性应力发光材料无需进行预先的紫外光或可见光照射，对其粉体施加应力、或者对粉体与弹性高分子材料混合后制得的薄膜或圆柱体施加应力，在材料的弹性极限内出现应力发光。对于所述多波段弹性应力发光材料施加的应力种类包括但不限于摩擦、压缩、拉伸、完全、撞击、扭转、超声等机械作用。所述多波段弹性应力发光材料的发光强度与所施加的应力大小呈线性关系。所述多波段弹性应力发光材料的制备方法，包括以下步骤：1)Ca、Sr、Ba采用其氧化物、氢氧化物或碳酸盐为原料，Zn采用其硫化物为原料，Er采用其氧化物、氟化物、硝酸盐或碳酸盐为原料，各金属元素按照其化学计量比称取原料，并于玛瑙钵中研磨、混合均匀，得混合粉体；2)将步骤1)所得混合粉体置于氧化铝坩埚中，在惰性气氛或真空下升温至800～1200℃，保温3～24h，随炉自然冷却到室温；3)将步骤2)冷却后的粉体研磨，得到多波段弹性应力发光材料。在步骤2)中，所述惰性气氛可采用纯氩气气氛或纯氮气气氛。与现有技术相比，本专利技术的材料具有以下优点和有益效果：1)本专利技术制备的多波段弹性应力发光材料，在摩擦、撞击、挤压等机械力作用下、且在未破坏材料时出现明显的弹性应力发光，应力发光强度与应力大小呈现良好线性关系。2)本专利技术制备的多波段弹性应力发光材料，同时实现可见光和近红外光等多个波段的弹性近红外发光。3)本专利技术制备的多波段弹性应力发光材料，其近红外应力发光包括1500～1600nm波段，位于生物第三窗口。4)本专利技术采用传统的高温固相法制备，制备方法简单，成本低廉，制备过程不涉及对人体有害物质。附图说明图1为实施例1中Sr0.99ZnSO:Er0.01样品在1050℃煅烧下的粉末X-射线衍射谱。图2为实施例1中Sr0.99ZnSO:Er0.01样品在380nm光激发下的发射光谱。图3为实施例1中Sr0.99ZnSO:Er0.01样品的激发光谱。图4为实施例1中Sr0.99ZnSO:Er0.01样品的摩擦发光光谱。图5为实施例1中Sr0.99ZnSO:Er0.01样品的应力发光强度与压力大小关系拟合曲线。具体实施方式以下实施例将结合附图对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。本专利技术实施例所述多波段弹性应力发光材料的化学表达式为A1-xZnSO:Erx，其中，x为激活剂稀土离子Er3+的摩尔百分比含量，0<x<1；A选自Ca、Sr和Ba中的至少一种。所述多波段弹性应力发光材料中A至少包含Sr元素。所述多波段弹性应力发光材料的应力发光波段同时包括可见光和近红外光。所述多波段弹性应力发光材料的应力发光包括510～580nm(绿光)、950～1020nm(近红外光)和1500～1600nm(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多波段弹性应力发光材料，其特征在于其化学表达式为A

【技术特征摘要】
1.一种多波段弹性应力发光材料，其特征在于其化学表达式为A1-xZnSO:Erx，其中，x为激活剂稀土离子Er3+的摩尔百分比含量，0<x<1；A选自Ca、Sr和Ba中的至少一种。


2.如权利要求1所述一种多波段弹性应力发光材料，其特征在于所述多波段弹性应力发光材料中A至少包含Sr元素。


3.如权利要求1所述一种多波段弹性应力发光材料，其特征在于所述多波段弹性应力发光材料的应力发光波段同时包括可见光和近红外光。


4.如权利要求1所述一种多波段弹性应力发光材料，其特征在于所述多波段弹性应力发光材料的应力发光包括510～580nm、950～1020nm和1500～1600nm波段。


5.如权利要求1所述一种多波段弹性应力发光材料，其特征在于所述多波段弹性应力发光材料不进行预先的紫外光或可见光照射，直接对其施加应力即出现应力发光。


6.如权利要求1所述一种多波段弹性应力发光材料，其特征在于所述多波段弹性应力发光材料不进行预先的紫外光或可见光照射，对其粉体施加应力、或者对粉体与弹性高分子材料混合后...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄逸熙，陈昌健，周天亮，解荣军，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35