[发明专利]一种红色高亮度弹性应力发光材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于应力发光功能材料科学技术领域，涉及一种红色高亮度弹性应力发光材料(Ba,Ca)TiO₃：Pr³⁺，Re³⁺及其制备方法。该弹性应力发光材料以三价镨离子激活碱土金属钛酸盐无机化合物(Ba,Ca)TiO₃：Pr³⁺为基体，通过共掺杂三价稀土离子Y³⁺、La³⁺、Nd³⁺、Gd³⁺、Yb³⁺或Lu³⁺中的一种或多种的方法来制备。用本发明方法制备的红色高亮度弹性应力发光材料可以显著提高材料在实际应用中的弹性应力发光强度。

背景技术

应力发光材料是一种能直接将机械能转换为光能的固体材料，即施加不同机械应力时材料因形变而发光。根据固体材料产生应力发光时的形变程度，应力发光材料可分为破坏性应力发光材料、塑性应力发光材料和弹性应力发光材料。其中，对弹性应力发光材料的研究虽然只有十余年历史，但因具备其它应力发光材料无法比拟的优势而成为当前功能材料研究热点之一。在弹性形变限度内，弹性应力发光材料不仅拥有对检测材料无损坏的特点，而且具有发光强度与应力强度成正比的特性。性能优良的弹性应力发光材料能对不同形式的机械应力刺激(如压缩、拉伸、弯曲、碰撞、摩擦、扭转、超声等)做出即时响应，支持宽的应力强度测试范围，可通过检测材料应力发光的强度分布得到应力分布。当应力强度增大至超出材料弹性应变范围到达塑性和破坏性形变区域，弹性应力发光材料又同时兼顾塑性应力发光材料和破坏性应力发光材料的发光特性，有利于探测各种不同结构的弹性形变、塑性形变及其破坏情况，可用于待测物体受力及受损情况的实时监测。目前，基于弹性应力发光材料开发的触觉传感器、智能蒙皮、自诊断安全管理系统等已经在人造皮肤和机器部件的应力分布实时检测、监测，全天候城市建筑物防灾、减灾等领域表现出巨大的应用前景。

迄今为止，人们已经开发出十余种能够发出不同颜色光的弹性应力发光材料。例如，发红光的(Ba,Ca)TiO₃：Pr³⁺，发黄光的ZnS：Mn²⁺，发黄绿光的SrAl₂O₄：Eu²⁺，发蓝光的Ca₂Al₂SiO₇：Ce³⁺和CaAl₂Si₂O₈：Eu²⁺，发蓝绿光的SrCaMgSi₂O₇：Eu²⁺，以及发紫外光的SrAl₂O₄：Ce³⁺，Ho³⁺。其中，发红光的(Ba,Ca)TiO₃：Pr³⁺材料不仅具有优良的防水特性，而且它的应力发光余辉最短，即应力施加结束后，应力发光迅速消失，无明显的应力发光光晕及受力轨迹，不影响应力传感器对后续弱应力信号做出分辨，在应力分布的实时观测领域具有广泛应用前景。然而，该材料较弱的应力发光强度始终阻碍其实际应用进程。2005年三价镨离子激活复相钛酸钡钙发光材料(Ba,Ca)TiO₃：Pr³⁺的弹性应力发光性能被首次报道(参看文献Adv.Mater.，2005，17：1254-1258和专利文献CN101343180B)，2010年张君诚等报道了在复相(Ba,Ca)TiO₃：Pr³⁺发光材料中通过增加富钙相的含量提高其弹性应力发光强度的方法(参见文献J.Electrochem.Soc.，2010，157：G269-G273)。但遗憾的是，该材料的弹性应力发光强度仍无法与具有强弹性应力发光的ZnS：Mn²⁺和SrAl₂O₄：Eu²⁺等材料相比拟，不能满足实际应用的需要。因此，本领域迫切需要进一步提高复相(Ba,Ca)TiO₃：Pr³⁺发光材料的弹性应力发光强度，开发出一种具有广泛应用前景的高亮度弹性应力发光材料。

发明内容