[发明专利]一种压电类弹性应力发光材料及其制备方法

权利要求书

1.一种压电类弹性应力发光材料，其特征在于以过渡金属二价锰离子激活的硫氧基无机化合物CaZnOS:Mn为基体，通过对Ca位和Zn位金属离子进行替代，采用过渡金属及稀土敏化剂离子进行共掺杂来制备，该发光材料的化学表达式为(Ca_1-xM_x)(Zn_1-yN_y)_1-aOS:(Mn_1-zR_z)_a，(0≤x≤0.5，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，0≤a≤0.3)，其中，M表示Ca位替代离子，选自Mg²⁺、Sr²⁺和Ba²⁺中的一种或二种以上；N表示Zn位替代离子，选自Mg²⁺和Al³⁺中的一种或两种；R表示共掺杂的过渡金属或稀土敏化剂离子，以及起电荷配位作用的一价碱金属离子，选自过渡金属离子Cu⁺、Cu²⁺、Cr³⁺、Ag⁺和Cd²⁺，或稀土敏化剂离子Ce³⁺、Pr³⁺、Nd³⁺、Sm³⁺、Eu²⁺、Eu³⁺、Tb³⁺、Dy³⁺、Ho³⁺、Er³⁺和Tm³⁺，以及碱金属离子Li⁺、Na⁺、K⁺和Rb⁺中的一种或二种以上；x、y、z、a表示摩尔百分含量，不同时为零。

2.根据权利要求1所述的压电类弹性应力发光材料，其特征在于压电类弹性应力发光材料的应力发光强度取决于材料中的晶粒尺寸，当晶粒尺寸变大时，发光强度降低，当晶粒尺寸小到纳米级时，发光强度升高，晶粒尺寸为50-120nm，晶粒尺寸用X射线衍射仪测量。

3.根据权利要求1所述的压电类弹性应力发光材料，其特征在于将制得的应力发光材料粉料与光学透明的有机树脂高分子弹性材料混合制成薄片或圆柱型树脂体、或涂覆于待测部件表面，施加应力后即能发光；所施加的应力包括压缩、拉伸、弯曲、碰撞、摩擦、扭转和超声；在弹性限度内，应力发光强度与所施加应力强度成正比，亮度肉眼能观测；应力施加结束后，应力发光余辉衰减，无肉眼可见的应力发光光晕及受力轨迹；该应力发光材料用于对部件和构件的应力分布实时测量和粘合剂强度测量中。

4.根据权利要求1所述的压电类弹性应力发光材料，其特征在于涉及的压电类弹性应力发光材料的发光强度依赖于激发源的机械能大小，随机械相互作用力的升高而升高，在引起光发射的机械相互作用力中存在最小的能值或阈值，该阈值受材料组分变化的支配；其响应的机械能量宽度低于3毫瓦，适应能量范围宽。

5.一种压电类弹性应力发光材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)选取原料，其中Ca、Sr或Ba采用其碳酸盐或氧化物或硫化物为原料，Zn采用硫化锌为原料，Mg、Al、Mn采用其碳酸盐或氧化物为原料，过渡金属Cu、Cr、Ag和Cd，稀土敏化剂Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er和Tm，碱金属Li、Na、K和Rb采用其氧化物、硝酸盐或碳酸盐为原料，按各元素化学计量比称取原材料，并进行混合得混合原材料；

(2)在混合原材料中加入无水乙醇或去离子水在玛瑙钵中研磨并搅拌1-4小时，于50-100℃烘箱中烘干后得到混合粉料；

(3)再将混合粉料置于氧化铝坩埚中在700-900℃大气环境下进行预烧3-5小时得预烧后样品；

(4)取出预烧后样品，再进行研磨后于40-80kgf/cm²的压强下进行压片后装入坩埚中，在氩气氛围中升温至1000-1300℃并保温4-8小时后，随炉自然冷却到室温得压片产品；

(5)将冷却后的压片产品粉碎后于20-50目筛网过筛得晶粒结构的粉末状弹性应力发光材料产品。