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一种红色高亮度弹性应力发光材料及其制备方法技术

技术编号:9512998 阅读:106 留言:0更新日期:2013-12-27 13:14
本发明专利技术涉及一种红色高亮度弹性应力发光材料及其制备方法。其特征在于,以复相(Ba,Ca)TiO3:Pr3+材料为基体,采用三价稀土离子Y3+、La3+、Nd3+、Gd3+、Yb3+或Lu3+中的一种或多种与三价稀土离子激活剂Pr3+共掺杂的方法,制备红色高亮度弹性应力发光材料(Ba,Ca)TiO3:Pr3+,Re3+(Re3+为Y3+、La3+、Nd3+、Gd3+、Yb3+或Lu3+中的一种或多种)。本发明专利技术的优点在于:(1)材料制备方法简单、易操作、设备要求低;(2)制备的(Ba,Ca)TiO3:Pr3+,Re3+材料具有更强弹性应力发光,暗处下弹性应力发光亮度肉眼清晰可见,应力发光余辉衰减快,无肉眼可见的应力发光光晕及受力轨迹,可广泛应用于生物体、机械部件和建筑物等的实时应力分布检测、应力传感器、显示器、娱乐装置等领域;(3)材料体系的原料Ba、Ca、Ti均为地球上的富含元素,属于环境友好型材料。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及。其特征在于,以复相(Ba,Ca)TiO3:Pr3+材料为基体,采用三价稀土离子Y3+、La3+、Nd3+、Gd3+、Yb3+或Lu3+中的一种或多种与三价稀土离子激活剂Pr3+共掺杂的方法,制备红色高亮度弹性应力发光材料(Ba,Ca)TiO3:Pr3+,Re3+(Re3+为Y3+、La3+、Nd3+、Gd3+、Yb3+或Lu3+中的一种或多种)。本专利技术的优点在于:(1)材料制备方法简单、易操作、设备要求低;(2)制备的(Ba,Ca)TiO3:Pr3+,Re3+材料具有更强弹性应力发光,暗处下弹性应力发光亮度肉眼清晰可见,应力发光余辉衰减快,无肉眼可见的应力发光光晕及受力轨迹,可广泛应用于生物体、机械部件和建筑物等的实时应力分布检测、应力传感器、显示器、娱乐装置等领域;(3)材料体系的原料Ba、Ca、Ti均为地球上的富含元素,属于环境友好型材料。【专利说明】
本专利技术属于应力发光功能材料科学
,涉及一种红色高亮度弹性应力发光材料(Ba,Ca)Ti03: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Oa, 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。用本专利技术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。
技术介绍
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 CaAl2Si 2O8: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)Ti03: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。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点,本专利技术的目的在于公开。本方法以复相(Ba,Ca)TiO3=Pr3+材料为基体,采用三价稀土离子Y3+、La3+、Nd3+、Gd3+、Yb3+或Lu3+中的一种或多种与三价稀土离子激活剂Pr3+共掺杂,通过增加基体材料中的载流子陷阱数目,增强弹性应力发光强度,得到具有高弹性应力发光强度的稀土离子共掺杂复相钛酸钡钙发光材料(Ba,Ca) TiO3 =Pr3+, Re3+(Re3+为Y3+、La3+、Nd3+、Gd3+、Yb3+或Lu3+中的一种或多种)。使用这种方法制备的三价稀土离子共掺杂的红色高亮度弹性应力发光材料(Ba,Ca)Ti03:Pr3+, Re3+可以解决传统复相(Ba,Ca)Ti03:Pr3+材料在实际应用中弹性应力发光强度较弱的问题,为红色高亮度弹性应力发光材料(Ba,Ca)TiO3 =Pr3+,Re3+在弹性应力发光器件等领域的实际应用打下基础。为实现上述目的及其它相关目的,本专利技术在三价镨离子激活复相钛酸钡钙弹性应力发光材料(Ba,Ca) TiO3 =Pr3+中共掺杂三价稀土离子,制备三价稀土离子共掺杂的红色高亮度弹性应力发光材料(Ba,Ca)Ti03:Pr3+, Re3+,其化学表达式为(BahCax)w(PivyRey)JiO3 (0.50 ^ X ^ 0.70,0.20 ^ y ^ 0.50,0.001 ^ a ^ 0.08),其中,Re 表示共掺杂的三价稀土离子,选自Y3+、La3+、Nd3+、Gd3+、Yb3+或Lu3+中的一种或多种;x、y、a表示摩尔百分含量。本专利技术所述的红色高亮度弹性应力发光材料(Ba,Ca)TiO3 =Pr3+, Re3+的制备方法包括以下步骤:(I)选取原料,其中Ca和Ba采用其氧化物或碳酸盐原料,Ti采用其氧化物原料,三价稀土离子激活剂Pr3+和共掺杂的三价稀土离子Y3+、La3+、Nd3+、Gd3+、Yb3+或Lu3+采用其氧化物原料,按各元素化学计量比称取原材料并进行混合,得到混合原材料;(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I~4小时,于50~100°C烘箱中烘干后得到混合粉料;(3)将混合粉料置于氧化铝坩埚中,在大气环境下以I~10°C / min的升温速度升温至800~1000°C,灼烧3~6小时得到预烧后样品;(4)将预烧样品研磨后置于氧化铝坩埚中,在大气环境下以I~10°C / min的升温速度升温至1200~1500°C,灼烧3~8小时后,随炉自然冷却到室温;(5)将冷却的产品粉碎后于20~50目筛网过筛,得到三价稀土离子共掺杂的红色高亮度弹性应力发光材料(Ba,Ca) TiO3 =Pr3+, Re3+粉料。(6)将过筛后的粉料与光学透明的有机树脂高分子弹性材料(如ABS树脂本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种制备红色高亮度弹性应力发光材料的方法,其特征在于:以复相(Ba,Ca)TiO3:Pr3+材料为基体,采用三价稀土离子Y3+、La3+、Nd3+、Gd3+、Yb3+或Lu3+中的一种或多种与三价稀土离子激活剂Pr3+共掺杂的方法,制备红色高亮度弹性应力发光材料(Ba,Ca)TiO3:Pr3+,Re3+(Re3+为Y3+、La3+、Nd3+、Gd3+、Yb3+或Lu3+中的一种或多种)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:张君诚龙云泽张红娣
申请(专利权)人:青岛大学
类型:发明
国别省市:

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