一种硅锆酸盐弹性应力发光材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术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Eu

A silicone zirconate elastic stress luminescent material and its preparation and Application

The invention discloses a silicon zirconate salt elastic stress luminescent material and its preparation method and application. The luminescent material is Eu of rare earth element.

【技术实现步骤摘要】
一种硅锆酸盐弹性应力发光材料及其制备方法与应用
本专利技术属于新型无机功能材料的
，特别涉及一种硅锆酸盐弹性应力发光材料及其制备方法。
技术介绍
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。本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种硅锆酸盐弹性应力发光材料及其制备方法与应用，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。为解决上述技术问题，本专利技术的技术解决方案是：一种硅锆酸盐弹性应力发光材料，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Ba2-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。优选的，Ba采用其氧化物、硝酸盐或碳酸盐，Zr采用其氧化物，二价稀土离子激活剂Eu2+和共掺杂的三价稀士离子La3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+、Sm3+、Dy3+、Gd3+、Tb3+、Ho3+、Yb3+、Lu3+或Er3+采用其氧化物或硝酸盐。一种硅锆酸盐弹性应力发光材料的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)：各元素按照其化学计量比称取原料，其中Ba采用其氧化物、硝酸盐或碳酸盐原料，Zr采用其氧化物原料，二价稀土离子激活剂Eu2+和共掺杂的三价稀士离子La3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+、Sm3+、Dy3+、Gd3+、Tb3+、Ho3+、Yb3+、Lu3+或Er3+采用其氧化物或硝酸盐原料；步骤(2)：在混合原材料中加入适量无水乙醇或去离子水，并于玛瑙研钵中研磨1～4小时，于50-100℃烘箱中烘干后得到研磨均匀的粉体，然后在大气环境下以1～10℃/min的升温速度升温至700～1000℃，灼烧3～6小时得到预烧后样品；步骤(3)：将步骤(2)得到的粉末充分研磨后，在5～10％氢气的还原气氛下以1～10℃/min的升温速度升温至1200～1500℃，灼烧3～8小时后，随炉自然冷却到室温；步骤(4)：将步骤(3)得到的粉末充分研磨后，于20～50目筛网过筛，得到硅锆酸钡青色长余辉的弹性应力发光材料Ba2-x-yZr2Si3O12：xEu2+，yRe粉末。优选的，步骤(2)中温度为800℃，步骤(3)中温度为1450℃。一种硅锆酸盐弹性应力发光材料的应用，将制得的弹性应力发光材料粉料与光学透明的有机高分子弹性材料混合后，制成薄片或圆柱型树脂体或涂覆于待测部件表面，可将该部件所受机械应力转换为光能，实现应力分布检测。优选的，有机高分子弹性材料为ABS树脂、聚缩醛、聚碳酸醋、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯树脂、聚酯、环氧树脂或硅橡胶中的一种。采用上述方案后，由于本专利技术的弹性应力发光材料是以二价铕离子激活硅锆酸钡Ba2-x-yZr2Si3O12：xEu2+为基体，采用三价稀土离子La3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+、Sm3+、Dy3+、Gd3+、Tb3+、Ho3+、Yb3+、Lu3+或Er3+中的一种或多种与二价稀土离子激活剂Eu2+共掺杂，通过不同元素的掺杂增加基质材料中的载流子陷阱数目，增强弹性应力发光强度，从而实现同时具有长余辉和应力发光性能的硅锆酸盐发光材料。Ba2-x-yZr2Si3O12：xEu2+，yRe(Re选自La3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+、Sm3+、Dy3+、Gd3+、Tb3+、Ho3+、Yb3+、Lu3+或Er3+中的一种或多种)，可对外力信号即使响应，产生肉眼可见的光发射，为青色长余辉弹性应力发光材料Ba2-x-yZr2Si3O12：xEu2+，yRe在弹性应力发光器件等领域的实际应用打下基础。其在人造皮肤、身份鉴定、机械部件和建筑设施等的应力检测、监控在生产和生活的各个领域具有非常广泛的应用前景。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法，制备工艺简单、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、或涂覆于待测部件表面，可对各种外力(压缩、拉伸、弯曲、剪切、摩擦、超声等)转换为光能发出；(3)本专利技术所制备的青色长余辉弹性应力发光材料Ba2-x-yZr2Si3O12：xEu2+，yRe实际弹性应力发光强度在较亮的环境下肉眼可见；(4)本专利技术所述的青色长余辉弹性应力发光材料Ba2-x-yZr2Si3O12：xEu2+，yRe和其复合材料的发光强度，在弹性应力范围内，依赖于激发源的机械能大小。该材料的发光强度随着机械作用力的升高而增大，使其产生应力发光。本专利技术所述的青色长余辉弹性应力发光材料和其复合材料在弹性变形范围内，发光强度与应力强度成正比关系，可实现应力分布检测。附图说明图1是本专利技术实例1-5所制备的青色长余辉弹性应力发光材料的X射线衍射图谱；图2是本专利技术材料的实例4与光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅锆酸盐弹性应力发光材料，其特征在于：所述发光材料以稀土元素Eu

【技术特征摘要】
1.一种硅锆酸盐弹性应力发光材料，其特征在于：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Ba2-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。2.如权利要求1所述的一种硅锆酸盐弹性应力发光材料，其特征在于：Ba采用其氧化物、硝酸盐或碳酸盐，Zr采用其氧化物，二价稀土离子激活剂Eu2+和共掺杂的三价稀士离子La3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+、Sm3+、Dy3+、Gd3+、Tb3+、Ho3+、Yb3+、Lu3+或Er3+采用其氧化物或硝酸盐。3.一种根据权利要求1所述的硅锆酸盐弹性应力发光材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤(1)：各元素按照其化学计量比称取原料，其中Ba采用其氧化物、硝酸盐或碳酸盐原料，Zr采用其氧化物原料，二价稀土离子激活剂Eu2+和共掺杂的三价稀士离子La3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+、Sm3+、Dy3+、Gd3+、Tb3+、Ho3+、Yb3+、Lu3+或Er3+采用其氧化物或硝酸盐原料；步骤(2)：在混合原材料中...

【专利技术属性】
技术研发人员：付晓燕，郑升辉，刘亚楠，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：福建,35