[发明专利]一种压电类弹性应力发光材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于材料物理技术领域，涉及一种压电类弹性应力发光材料及其制备方法，特别是一种对多种应力作用有响应的压电类弹性应力发光材料及其制备工艺技术，该应力发光材料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。

背景技术：

目前，应力分布的实时探测技术在机器人制造、工业生产监测、城市建筑安全管理、航空航天等领域的应用十分广泛，是国内外专业人员的研究热点。近年来人们开发出的弹性应力发光材料具有发光强度与应力强度成正比的特点，更重要的是，基于这种弹性应力发光材料开发的应力发光技术使应力测试不受物体运动状态和形状的限制，克服了传统电信号测量中需要电极与待测物体之间点对点物理接触的弊端，并提高了应力分布的空间分辨率，在动态物体三维空间应力分布的可视化观测领域具有广阔的应用前景。为了实现弹性应力发光材料在模拟人类皮肤触觉、探测不同应力对机器部件作用、感知地震时复杂地壳运动等应力分布实时探测领域的实际应用，现代技术对弹性应力发光材料提出了如下要求：一是要求弹性应力发光材料能够对不同应力刺激(如压缩、拉伸、弯曲、碰撞、摩擦、扭转、超声等)做出即时响应；二是要求弹性应力发光材料具有较强的发光强度(在普通应力测试条件下，肉眼可观察到明显的发光)；三是要求弹性应力发光材料的应力发光余辉短，应力施加结束后，无明显的应力发光光晕及受力轨迹，不影响应力传感器继续对弱应力信号做出分辨。然而目前已开发并公开使用的SrAl₂O₄:Eu²⁺(Dy³⁺，Nd³⁺)、ZnS:Mn²⁺、Ca₂Al₂SiO₇:Ce³⁺、BaTiO₃-CaTiO₃:Pr³⁺、SrAl₂O₄:Ce³⁺(Ho³⁺)、CaMgSi₂O₇:Eu²⁺(Dy³⁺)、CaAl₂Si₂O₈:Eu²⁺、CaYAl₃O₇:Eu²⁺以及SrMg₂(PO₄)₂:Eu²⁺等十余种弹性应力发光材料均不能同时满足上述要求，特别是在具有强应力发光特性的弹性应力发光材料中，ZnS:Mn²⁺和BaTiO₃-CaTiO₃:Pr³⁺材料能够响应的机械应力形式单一，无法对多种应力做出响应；而SrAl₂O₄:Eu²⁺材料虽然能够对多种应力作用做出响应，但应力发光余辉时间过长，其压缩发光的光晕和摩擦发光的运动轨迹在数分钟内可被肉眼清晰观测，严重削弱光信号和应力图像的分辨率。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，寻求制备提供一种对多种应力作用响应的高亮度、快衰减式压电类弹性应力发光材料及其制备方法。