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一种锡酸盐基弹性应力发光材料、制备方法及其应用技术

技术编号:11730497 阅读:136 留言:0更新日期:2015-07-15 02:57
本发明专利技术涉及一种锡酸盐基弹性应力发光材料、制备方法及其应用,所述发光材料化学结构表达式为(Sr1-x-yCaxAy)2-zRzSnO4, 0 ≤x ≤ 0.30,0 ≤ y ≤ 0.30,且x+y > 0,0.001 ≤ z ≤ 0.10 ;A二价碱土金属元素, R稀土激活剂或敏化剂,x、y、z为摩尔百分含量;具体为:选取原料,按照各元素的化学计量比称取原料,在混合原材料中加入无水乙醇或去离子水并于玛瑙钵中研磨并搅拌1-4 小时,将研磨均匀的粉体置于氧化铝坩埚中,在大气环境下升温至700 ~ 1000℃,灼烧得到预烧后样品;将预烧的粉体研磨后置于坩埚中,在大气环境下升温至1200 ~ 1600℃,灼烧后,随炉降温;将冷却的粉体研磨10~30min,过筛,得到三价稀土离子共掺杂的橙红色高亮度锡酸盐弹性应力发光材料。本发明专利技术制备工艺简单、条件容易控制、成本低廉,制备过程中无有毒气体生成,对环境无污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于应力发光材料
,涉及一种锡酸盐基高性能弹性应力发光材料、制备方法及其应用,在生物体、机械部件和建筑物等的应力分布检测、应力传感器、显示器、娱乐装置等领域具有广泛的应用前景。
技术介绍
应力发光材料,是在应力作用下可产生光发射现象的固体材料。根据其在产生应力发光时的形变程度,可将应力发光材料分为断裂应力发光、塑性应力发光和弹性应力发光。断裂应力发光是破坏性的,难以控制,这导致断裂应力材料的使用不具有可重复性及可控性,应用潜质较低;而塑性应力发光材料在产生应力发光后形变难以恢复,也面临同样的应用限制;相比前两种材料,弹性应力发光材料具有可重复性及很强的应力发光规律性的特点,使得其具有极大的应用潜力。据目前的研究表明,基于弹性应力发光材料的传感器在对机器部件、储气罐、建筑结构等的应力分布即时检测方面展现出了无可比拟的优势;而基于弹性应力发光材料开发的显示器也显示了巨大的应用前景。迄今为止,这一领域的研究人员开发了十数种弹性应力发光材料,主要有SrAl2O4:Eu2+,Dy3+,CaAl2Si2O8:Eu2+,SrMg2(PO4)2:Eu2+,CaZr(PO4)2:Eu2+,Ca2Al2SiO7:Eu2+,CaSrMgAl2SiO7:Eu2+,(Ca,Ba)TiO3:Pr3+,ZnS:Mn2+,Sr3SnO7:Sm3+等,其中SrAl2O4:Eu2+,Dy3+表现出最好的应力发光性能,在轻微应力作用下即可产生高强度绿光。然而SrAl2O4:Eu2+,Dy3+的合成需要在还原气氛中进行,资源消耗大,这使得它的合成代价提高,不利于商业化推广应用;并且SrAl2O4:Eu2+,Dy3+防水性差,在水溶液中会发生水解,大大降低光学性能,限制了应用广度。因此对新型应力发光材料的开发具有很大的驱动力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点,寻求提供一种锡酸盐基弹性应力发光材料、制备方法及其应用,该材料弹性应力发光强度高,制备工艺简单,资源消耗低,化学性质稳定,可在酸、碱和水溶液环境中仍保持良好的应力发光性能。为了实现上述目的,本专利技术提出的锡酸盐基弹性应力发光材料,所述发光材料以稀土元素为激活剂,其化学结构表达式为(Sr1-x-yCaxAy)2-zRzSnO4,其中0 ≤x ≤ 0.30,0 ≤ y ≤ 0.30,且x+y > 0,0.001 ≤ z ≤ 0.10 ;A 表示二价碱土金属元素, R 表示稀土激活剂或敏化剂,x、y、z分别表示摩尔百分含量。本专利技术中,A 表示二价碱土金属元素,可以是Be、Mg、Ba、Ra 中的一种或多种;R 表示稀土激活剂或敏化剂元素,可以是La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy或Er 中的一种或多种。本专利技术提出的锡酸盐基弹性应力发光材料的制备方法,具体步骤如下:(1)选取原料: Ca、Sr采用其氧化物或碳酸盐为原料,碱土金属元素以及稀土激活剂或敏化剂采用其氧化物、硝酸盐或碳酸盐中任一种为原料,Sn元素采用其氧化物为原料,按照各元素的化学计量比称取原料,在混合原材料中加入无水乙醇或去离子水并于玛瑙钵中研磨并搅拌1-4 小时,将研磨均匀的粉体置于氧化铝坩埚中,在大气环境下以1 ~ 10℃/ min 的升温速率升温至700 ~ 1000℃,灼烧2 ~ 6 小时得到预烧后样品;(2)将预烧的粉体研磨后置于坩埚中,在大气环境下1 ~ 10℃/ min的升温速率升温至1200 ~ 1600℃,灼烧2 ~ 6 小时后,随炉降温;(3)将冷却的粉体研磨10~30min,过筛,得到三价稀土离子共掺杂的橙红色高亮度锡酸盐弹性应力发光材料(Sr1-x-yCaxAy)2-zRzSnO4粉体。本专利技术提出的锡酸盐基弹性应力发光材料的应用,具体为:将锡酸盐弹性应力发光材料与光学透明的有机树脂高分子弹性材料混合制成薄片、圆柱型树脂体或发光涂层中任一种涂覆于待测部件表面,即可测试其应力分布。本专利技术中,所述有机树脂高分子弹性材料采用ABS 树脂、聚缩醛(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯树脂、聚酯、环氧树脂或硅橡胶等中任一种。本专利技术的有益效果为:(1)    本专利技术材料制备采用传统的固相反应方法,制备工艺简单、大气氛围下制备、条件容易控制、设备要求低、成本低廉,制备过程中无有毒气体生成,对环境无污染。(2)    将制得的弹性应力发光材料与光学透明的高分子弹性材料混合制成薄片或圆柱型树脂体、亦或涂覆于待测部件表面,可将其所受机械外力( 压力、拉力、摩擦力、冲击力、剪切力、扭曲力、弹力、超声等) 转换为光能发出。(3)    本专利技术所制备的橙红色高亮度弹性应力发光材料(Sr1-x-yCaxAy)2-zRzSnO4的弹性应力发光强度对所施加应力的响应灵敏,且呈现规律性。在应力变化率一定的情况下,弹性应力发光强度与应力大小成正比;增大应力变化率,弹性应力发光强度也随之增强。可以实现检测物体应力分布的作用。(4)    本专利技术所制备的红色高亮度弹性应力发光材料不溶于酸、碱和水溶液,在此环境中仍可得到优异的应力发光性能。附图说明图 1 为本专利技术实施例1、实施例2、实施例3、实施例4制备的锡酸盐基弹性应力发光材料的X射线衍射图谱;XRD结果显示,材料保持Sr2SnO4主相,然而不同组分材料的XRD的峰位有相对移动;图 2 为本专利技术实施例9制备的锡酸盐基弹性应力发光材料的弹性应力发光强度-应力关系曲线图,可以看出实施例9所制备的样品的应力发光强度随着应力的增加而增强;图 3 为本专利技术实施例为本专利技术实施例9制备的锡酸盐基弹性应力发光材料在压力作用下的弹性应力发光实物图,可以看出材料实例9#在压力作用下的橙红色应力发光清晰可见;图 4 为本专利技术实施例9制备的锡酸盐基弹性应力发光材料的弹性应力发光光谱与光致发光光谱,从图 4可以看出材料的光致发光光谱和应力发光光谱峰位一致。具体实施方式下面将通过实施例,并结合附图对本专利技术进行更详细的说明。需要指出的是,这些实施例仅用于说明本专利技术而不构成对本专利技术范围的限制。实施例1-10:制备方法具体步骤如下:(1)选取原料:制备时Ca、Sr、Ba 采用其氧化物或碳酸盐为原料,碱金属元素以及稀土激活剂或敏化剂采用其氧化物、硝酸盐或碳酸盐为原料,Sn元素采用其氧化物为原料,按照各元素的化学计量比称取原料,在混合原材料中加入无水乙醇或去离子水并于玛瑙钵中研磨并搅拌1-4 小时,将研磨均匀的粉体置于氧化铝坩埚中,在大气环境下以1 ~ 10℃/ min 的升温速率升温至700 ~ 1000℃,灼烧2 ~ 6 小时得到预烧后样品;(2)将预烧的粉体研磨后置于坩埚中,在大气环境下1 ~ 10℃/ min的升温速率升温至1200 ~ 1600℃,灼烧2 ~ 6 小时后,随炉降温;(3)将冷却的粉体研磨10~30min,得到三价稀土离子共掺杂的橙红色高亮度弹性应力发光材本文档来自技高网
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一种锡酸盐基弹性应力发光材料、制备方法及其应用

【技术保护点】
一种锡酸盐基弹性应力发光材料,其特征在于所述发光材料以稀土元素为激活剂,其化学结构表达式为(Sr1‑x‑yCaxAy)2‑zRzSnO4,其中0 ≤x ≤ 0.30,0 ≤ y ≤ 0.30,且x+y > 0,0.001 ≤ z ≤ 0.10 ;A 表示二价碱土金属元素, R 表示稀土激活剂或敏化剂,x、y、z分别表示摩尔百分含量。

【技术特征摘要】
1.一种锡酸盐基弹性应力发光材料,其特征在于所述发光材料以稀土元素为激活剂,其化学结构表达式为(Sr1-x-yCaxAy)2-zRzSnO4,其中0 ≤x ≤ 0.30,0 ≤ y ≤ 0.30,且x+y > 0,0.001 ≤ z ≤ 0.10 ;A 表示二价碱土金属元素, R 表示稀土激活剂或敏化剂,x、y、z分别表示摩尔百分含量。
2.根据权利要求1所述的锡酸盐基弹性应力发光材料,其特征在于A 表示二价碱土金属元素,具体是Be、Mg、Ba、Ra 中的一种或多种;R 表示稀土激活剂或敏化剂元素,具体是La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy或Er 中的一种或多种。
3.一种如权利要求2所述的锡酸盐基弹性应力发光材料的制备方法,其特征在于具体步骤如下:
(1)选取原料: Ca、Sr、Ba 采用其氧化物或碳酸盐为原料,碱土金属元素以及稀土激活剂或敏化剂采用其氧化物、硝酸盐或碳酸盐中任一种为原料,Sn元素采用其氧化物为原料,按照各元素的化学计量比称取原料,在混合原材料中加入无水乙醇或去离子水并...

【专利技术属性】
技术研发人员:王旭升赵海峰李俊洪渲清柴晓娜李艳霞刘茜冯晓敏顾佚毫
申请(专利权)人:同济大学
类型:发明
国别省市:上海;31

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