一种水速传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种水速传感器及其制备方法，所述水速传感器包括应力发光薄膜，应力发光薄膜包括弹性聚合物载体，弹性聚合物载体内掺杂有应力发光材料。本发明专利技术水速传感器基于应力发光材料制备，无需额外电源设备驱使可直接在外部机械力作用下发光，以弹性聚合物作为载体形成薄膜器件，不仅可通过发光强度对水速大小进行定量分析，还实现了水速大小的可视化判断；可通过空间光路或光纤进行远程收集，实现自供能远程非接触水速传感。自供能远程非接触水速传感。自供能远程非接触水速传感。

【技术实现步骤摘要】
一种水速传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及水速传感器
，特别是指一种水速传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]现有的水速传感器主要通过霍尔效应测量流速，需要额外的电源供电。应力发光材料在拉伸、压缩、摩擦、冲击断裂等各种机械外力刺激下，可以通过光子发射实现瞬间响应，在应力传感、电子签名系统、光学防伪、自供电显示和照明等领域具有广泛的应用前景；但是将应力发光材料应用于水速传感器的则未有涉及。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出一种水速传感器及其制备方法，基于应力发光材料制备，不需额外供电装置驱动，不仅可通过发光强度对水速大小进行定量分析，还实现了水速大小的可视化判断，还具有远程非接触传感功能。
[0004]本专利技术的技术方案是这样实现的：一种水速传感器，包括应力发光薄膜，应力发光薄膜包括弹性聚合物载体，弹性聚合物载体内掺杂有应力发光材料。
[0005]进一步地，应力发光材料为微米级的应力发光粉。
[0006]进一步地，应力发光粉上附着有纳米颗粒，纳米颗粒的莫氏硬度大于应力发光粉。在粒径相同的前提下，硬度越大，应力发光材料的发光性能越好。采用100nm的纳米金刚石(NDs)效果好于100nm的氧化铝纳米颗粒效果好于100nm的碳酸钙纳米颗粒。纳米颗粒可以是球形颗粒、片状、椭球、锥状和各种不规则形貌。
[0007]进一步地，纳米颗粒通过酰胺键附着于应力发光粉上。
[0008]进一步地，纳米颗粒为金刚石、氧化铝、氧化硅、碳酸钙、氧化锌、氧化锆中的一种或多种。
[0009]进一步地，应力发光粉为ZnS:Cu、ZnS:Mn、CaZnOS:Bi,Li、Sr3Al2O5Cl2:Eu
2+
、Sr3Al2O5Cl2:Tb
3+
、Sr3Al2O5Cl2:Ce
3+
、Ba2Ga2GeO7:Pr
3+
,Er
3+
、CaAl2O4:Eu
2+
,Sm
3+
、Sr3Al2O6:Eu、CaZnGe2O6/Mn
2+
、CaLaAl3O7:Tb
3+
、MgF2:Mn
2+
和ZnB2O4:Mn
2+
中的任意一种或多种。
[0010]进一步地，弹性聚合物为PDMS。
[0011]一种水速传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)向弹性聚合物前驱液中加入应力发光材料，搅拌均匀获得应力发光混合浆料；
[0013](2)把步骤(1)应力发光混合浆料均匀涂于基底板上，加热固化后形成应力发光薄膜；基底板为亚克力板、玻璃板、PET薄膜或硅胶板；
[0014](3)将步骤(2)应力发光薄膜作为水速传感部位，并固定于镂空支架上形成水速传感器。
[0015]进一步地，步骤(1)中，弹性聚合物前驱液与应力发光材料的重量比为1：(0.1
‑
2.4)。
[0016]进一步地，步骤(2)中，使用匀胶机旋涂或刮涂机刮涂将上述应力发光混合浆料均
匀分布在基底板上，匀胶机的旋涂转速为200
‑
1500rad/min；应力发光薄膜的厚度为100
‑
3000μm；加热固化的温度为60
‑
120℃。
[0017]进一步地，应力发光材料的制备方法如下：
[0018]1)将微米级的应力发光粉氨基化处理；
[0019]2)将纳米颗粒羧基化处理；
[0020]3)将氨基化的应力发光粉与羧基化的纳米颗粒通过脱水缩合反应，得到应力发光材料。
[0021]进一步地，步骤1)中，应力发光粉氨基化处理的具体方法为：
[0022]将1
‑
5g应力发光粉分散于20mL乙醇溶剂中，然后加入70
‑
220μL的3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)，搅拌2min，再加入210
‑
660μL的去离子水，搅拌2h以上，再使用去离子水清洗三次，烘干得到氨基化的应力发光粉。
[0023]进一步地，步骤3)中，脱水缩合反应的具体方法为：
[0024]取0.001
‑
0.005g羧基化的纳米颗粒分散到30mL吗啉乙磺酸缓冲液(MES)中，然后加入0.01g 1
‑
乙基
‑
(3
‑
二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和0.02gN
‑
羟基硫代琥珀酰亚胺钠盐(NHS)，搅拌,离心后取沉淀，再将沉淀分散于20mL去离子水(pH＝7)中，再加入1
ꢀ‑
5g氨基化的应力发光粉，搅拌12h，获得具有微纳结构的应力发光材料。
[0025]进一步地，吗啉乙磺酸缓冲液的浓度为0.1M(M为mol/L的简写)，pH为6.0。
[0026]进一步地，纳米颗粒的直径为50
‑
1000nm，应力发光粉的直径为10
‑
50μm。
[0027]进一步地，应力发光粉和纳米颗粒的直径比为240,质量比为400，所获得的应力发光材料应力发光强度最强。
[0028]本专利技术的有益效果：
[0029]本专利技术应力发光材料被包覆于弹性聚合物中从而得到应力发光薄膜，将其固定于镂空支架上形成水速传感器，利用应力发光材料具备的在外部应力作用下发光的特性，从而使得该器件在无需额外电源供能的情况下，对水速大小产生响应，不仅可以通过发光强度对水速大小进行定量分析，还实现了水速大小的可视化判断；可通过空间光路或光纤进行远程收集，实现自供能远程非接触水速传感。这与传统的需要电池或电源供电的水速传感器相比，上述基于应力发光材料的水速传感器在零能耗的情况下实现了水速的检测且安全环保。
[0030]本专利技术在应力发光粉表面通过酰胺键修饰纳米颗粒形成具有微纳结构的应力发光材料，具有更好地应力发光效果和良好的应力发光稳定性；高硬度纳米颗粒的引入提高了应力发光材料的应力传递效率，使得应力发光材料的发光强度大大强于应力发光粉。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1为水速传感器进行发光强度测试的流程图；
[0033]图2为实施例1不同水速下水速传感器的发光强度图谱；
[0034]图3为实施例1不同水速刺激下的水速传感器的发光强度图；
[0035]图4为实施例2不同水速下水速传感器的发光强度曲线；
[0036]图5为实施例2、5和6应力发光材料的应力发光曲线；
[0037]图6为实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水速传感器，其特征在于，包括应力发光薄膜，应力发光薄膜包括弹性聚合物载体，弹性聚合物载体内掺杂有应力发光材料。2.根据权利要求1所述的一种水速传感器，其特征在于，应力发光材料为微米级的应力发光粉。3.根据权利要求2所述的一种水速传感器，其特征在于，应力发光粉上附着有纳米颗粒，纳米颗粒的莫氏硬度大于应力发光粉。4.根据权利要求3所述的一种水速传感器，其特征在于，纳米颗粒通过酰胺键附着于应力发光粉上。5.根据权利要求3或4所述的一种水速传感器，其特征在于，纳米颗粒为金刚石、氧化铝、氧化硅、碳酸钙、氧化锌、氧化锆中的一种或多种。6.根据权利要求2
‑
4之一所述的一种水速传感器，其特征在于，应力发光粉为ZnS:Cu、ZnS:Mn、CaZnOS:Bi,Li、Sr3Al2O5Cl2:Eu
2+
、Sr3Al2O5Cl2:Tb
3+
、Sr3Al2O5Cl2:Ce
3+
、Ba2Ga2GeO7:Pr
3+
,Er
3+
、CaAl2O4:Eu
2+
,Sm
3+
、Sr3Al2O6:Eu、CaZnGe2O6/Mn
2+
、CaLaAl3O7:Tb
3+

【专利技术属性】
技术研发人员：董林，邓圆，王春枫，赵文博，吕超凡，常书龙，孙俊璐，单崇新，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：