[发明专利]一种硅锆酸盐弹性应力发光材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种硅锆酸盐弹性应力发光材料及其制备方法与应用，所述发光材料以稀土元素Eu²⁺为激活剂，其化学结构表达式为Ba_2‑x‑yZr₂Si₃O₁₂：xEu²⁺，yRe，其中0≤x≤0.10，0≤y≤0.10：x，y分别表示摩尔百分含量；Re表示三价稀土离子，选自La³⁺、Ce³⁺、Pr³⁺、Nd³⁺、Sm³⁺、Dy³⁺、Gd³⁺、Tb³⁺、Ho³⁺、Yb³⁺、Lu³⁺或Er³⁺中的一种或多种的组合。该材料制备简单、化学性质稳定，具有较强的余辉与应力发光强度，在监测应力的同时也作为应力发光光源来激发其他颜色发光材料，从而开发全颜色应力发光材料。

技术领域

本发明属于新型无机功能材料的技术领域，特别涉及一种硅锆酸盐弹性应力发光材料及其制备方法。

背景技术

应力发光(mechanoluminescence)是指发光体在受到各种应力刺激(如压缩、拉伸、弯曲、碰撞、摩擦、扭转、超声等)作用下而产生的发光，应力发光材料是一种在外力作用下实现光-力转换的固体材料，即材料根据外力引起的形变程度而发光。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，弹性应力发光材料具有可重复、响应快、发光强度高、应力范围宽广等特点。另外，在弹性形变范围内，弹性应力发光材料的应力发光强度与其形变大小成正比，能够实时直观地显示应力分布状况，因而可结合应力发光材料与可涂覆材料反映被检测物体在各种力作用下的形变。这些特性使应力发光材料具备了作为一种探测物体损伤程度的传感器的可能。近几年来，随着应力发光材料合成和开发技术的提高，高灵敏CCD照相机和光纤技术的快速发展，在应力发光检测过程中，可利用照相传感技术，把大面积形变可视化，方便地探寻到隐患部位，以便及时进行修补，起到防患于未然的效果目前，基于弹性应力发光材料在开发触觉传感器、智能蒙皮、自诊断安全管理系统等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，人们己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，SrMgSi₂0₆:Ce³⁺(紫色)，SrAl₂0₄:Eu²⁺，Dy³⁺(绿色)，ZnS:Mn²⁺(黄色)，SrAl₂0₄:Eu²⁺(黄绿)，Ca₂Al₂Si0₇:Ce³⁺(蓝色),Sr₃SnO₇：Sm³⁺(红色)。其中，性能最优良的两种材料是SrAl₂0₄:Eu²⁺，Dy³⁺和ZnS:Mn²⁺可对各种应力产生响应且对轻微应力即可产生较强发光，响应灵敏度高。但是，其缺点同样明显，SrAl₂0₄:Eu²⁺，Dy³⁺在空气氛围下化学性质不够稳定，易发生水解，ZnS:Mn²⁺有腐蚀性且有毒。

因此，在本领域开发一种化学性质稳定、无毒且制备方法简单的弹性应力发光材料，对材料的研究和应用很大的驱动力。本发明人对此做进一步研究，研发出一种硅锆酸盐弹性应力发光材料及其制备方法于应用，本案由此产生。

发明内容