一种柔性可拉伸应力发光器件的制备及应用制造技术

本发明专利技术公布了一种柔性可拉伸应力发光器件的制备及应用；其主体基质包括高分子聚合物载体材料和应力发光材料，在外力作用下可产生可见光。通过选择不同体系的应力发光材料和调整载体与材料的比例，可以实现不同灵敏度和发光光谱的可控制备，通过调整可以实现在不同的压力下器件发射不同的可见光，可以实现可视化监测；同时在可视化压力传感器，人工皮肤、智能蒙皮、自诊断系统中，在建筑物和机器部件的实时应力分布检测、监测、城市建筑物防灾、减灾系统中都有广泛的应用前景，同时由于合成材料的颗粒度在200‑300nm内，光谱在450nm‑650nm可控，在高精度应力显示器领域也有比较好的应用前景。

Fabrication and Application of a Flexible Tensile Stress Light Emitting Device

【技术实现步骤摘要】
一种柔性可拉伸应力发光器件的制备及应用
本专利技术属于光激励发光材料制备及应用技术。
技术介绍
应力发光(Mechanoluminescence)是指物体在受到各种应力(如膨胀、拉伸、断裂、摩擦等作用)作用下的发光行为，即机械能转化为电磁光辐射能的转换过程。根据材料产生应力发光时的形变程度，应力发光材料可以分为破坏性应力发光和非破坏性应力发光，而非破坏性应力发光又可以分为弹性应力发光和塑性应力发光。虽然对弹性应力发光材料的研究只有约20年的历史，由于弹性应力发光材料所具有的独特特性(如在弹性形变限度内，其发光光强和形变量成正比，并且对检测物体没有损坏)，可以将其制作成力-光传感器，用来监测部件内部应力分布情况，它可用于人工皮肤、智能蒙皮、自诊断系统中，在建筑物和机器部件的应力分布检测、监测、城市建筑物防灾、减灾系统中都有广泛的应用前景。应力发光的研究历史只有十几年，印度和日本起步较早，且日本在这方面的研究和应用活跃，主要有日本国立产业技术综合研究所(AIST)和Sony公司，开发成功有SrAl2O4:Eu、和(Ba，Ca)TiO3:Pr等应力发光材料和相应的专利技术。近几年，国际上这方面的研究活跃起来，韩国、美国等国家也开始了研究。目前，应力发光材料研究存在的主要问题有：(1)应力发光机理尚不清楚，虽然人们认为应力发光与压电效应有关，但也仅仅是从材料属性看出来，局限在现象讨论阶段，还没有一个公认的理论模型；(2)现有高性能应力发光材料的种类太少，所发光谱有限，如SrAl2O4:Eu发绿光，(Ba，Ca)TiO3:Pr发红光，妨碍了更广领域的应用，另外，后者的发光强度也不够强；(3)应力发光性能的评价体系尚未建立，还没有国际的或某个国家的标准。中国专利CN102634335A公布了一种压电类弹性应力发光材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：，以过渡金属二价锰离子激活的硫氧基无机化合物CaZnOS:Mn为基体，通过对Ca位和Zn位金属离子进行替代，采用过渡金属及稀土敏化剂离子进行共掺杂来制备，该发光材料的化学表达式为(Ca1-xMx)(Zn1-yNy)1-aOS:(Mn1-zRz)a，M表示Ca位替代离子，选Mg2+、Sr2+和Ba2+中；N表示Zn位替代离子，选Mg2+和Al3+；R表示共掺杂过渡金属或稀土敏化剂离子，选自Cu+、Cu2+Cr3+、Ag+等，x、y、z、a表示摩尔百分含量，不同时为零；其材料的应力发光质量好，物理性能优良，可加工性好，应用范围广泛。但由于过程复杂，设备成本较高，难以工业化。中国专利CN108467731A和CN102329612B公开了一种高亮度应力发光材料及其制备方法；该方法采用高温固相法合成为A1-xMxZnOS类材料，该技术材料简单，易制备，成本低；具有高亮度的蓝色应力发光特性，不仅可以作为激发光源还能广泛的应用在人工智能，建筑物和机械部件等的实时应力分布检测、应力传感器、防伪、无源显示器调光多色照明等诸多领域；但是由于该专利技术采用采用高温固相烧结，所得材料颗粒度较大，难以实现高精度测温，同时光谱单一，无法实现彩色高精度显示的应用，同时生产成本价高。本专利技术公布了一种柔性可拉伸应力发光器件的制备及应用；其主体基质包括高分子聚合物载体材料和应力发光材料，将载体材料与应力发光材料通过双螺杆挤出机、丝网印刷和静电纺丝工艺制备出纤维和薄膜，在外力作用下可产生可见光。本专利技术通过选择不同体系的应力发光材料和调整载体与材料的比例，可以实现不同灵敏度和发光光谱的可控制备，通过调整可以实现在不同的压力下器件发射不同的可见光，可以实现可视化监测；同时在可视化压力传感器，人工皮肤、智能蒙皮、自诊断系统中，在建筑物和机器部件的实时应力分布检测、监测、城市建筑物防灾、减灾系统中都有广泛的应用前景，同时由于合成材料的颗粒度在200-300nm内，光谱在450nm-650nm可控，在高精度应力显示器领域也有比较好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术一种柔性可拉伸应力发光器件的制备及应用；其主体基质包括高分子聚合物载体材料和应力发光材料，将载体材料与应力发光材料通过双螺杆挤出机、丝网印刷和静电纺丝工艺制备出纤维和薄膜，在外力作用下可产生可见光。本专利技术的的应力发光材料是以硫化物半导体为基质，通过添加不同激活剂制备出前驱体溶液，然后在溶液中加入分散剂、稀土稳定剂，采用微波加热法在反应釜中制备出纳米颗粒，然后将纳米颗粒置于18%的乙酸中浸泡3-12小时后，用去离子水洗至中性，然后在80°C真空烘箱中干燥4-8小时即得到应力发光材料。本专利技术的高分子聚合物载体为聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚偏氟乙烯、PDMS、TPU、TPO中的一种或多种，应力发光材料和聚合物载体混合后，两种材料的界面存在间隙，在外力的作用下两种材料之间产生驻极效应而产生发光。本专利技术的半导体为硫化锌、硫化钙、硫化锶、硫化铜、硫化银、硫化镉、硫化锡、硫化铟中的一种或多种，通过选择不同的硫化物半导体可以实现在应力作用下的不同响应速率的调控，实现高响应阀值。本专利技术的激活剂为氧化铕、氧化铒、氧化镝、氧化铽、氧化铈、氧化钐、氧化镨中的一种或多种，通过添加不同的激活剂可以实现应力发光材料的光谱450nm-650nm的可控制备。本专利技术的分散剂为硬脂酸钡、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镉、硬脂酸镁、硬脂酸铜中的一种或多种，以提高溶液反应过程中悬浮性，保证应力发光材料的颗粒均匀性。本专利技术的一种柔性可拉伸应力发光器件的制备及应用，其特征在于分别将硫化物半导体溶解后配置成0.5mol/L的溶液，将激活剂溶解后配置成浓度为0.005mol/L的溶液，将硫化物半导体溶液和激活剂溶液按体积比为10：1的比例置于反应釜中搅拌均匀，然后按重量比分别加入0.1%-0.5%分散剂和0.03%-0.06%的稀土稳定剂，搅拌均匀后置于微波反应器中反应3-5小时，反应结束后将材料置于18%的乙酸溶液中浸泡3-12小时，出去多余的分散剂和稀土稳定剂，然后用去离子水反复洗至中性后置于80°C真空烘箱中干燥4-8小时即得到颗粒分散均匀的200-300nm应力发光材料，材料的光谱可实现450nm-650nm的可控制备。本专利技术的一种柔性可拉伸应力发光器件的制备及应用，其特征在于将高分子聚合物载体材料与应力发光材料按照重量比10：3；混合后置于超声分散仪中分散均匀，然后通过双螺杆挤出机、丝网印刷和静电纺丝工艺制备出纤维和薄膜，通过选择不同体系的应力发光材料和调整载体与材料的比例，可以实现不同灵敏度和发光光谱的可控制备，通过调整可以实现在不同的压力下器件发射不同的可见光，可以实现可视化监测；同时在可视化压力传感器，人工皮肤、智能蒙皮、自诊断系统中，在建筑物和机器部件的实时应力分布检测、监测、城市建筑物防灾、减灾系统中都有广泛的应用前景，同时由于合成材料的颗粒度在200-300nm内，光谱在450nm-650nm可控，在高精度应力显示器领域也有比较好的应用前景。附图说明附图1，器件横截面SEM图中结构为：1聚合物载体材料2应力发光材料。附图2，应力发光材料光谱性质。具体实施方式本专利技术一种柔性可拉伸应力发光器件的制备及应用；其主体基质包括高分子聚合物载体材料和应力发光材料，将载体材料与应力发光材料通过双螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性可拉伸应力发光器件的制备及应用；其主体基质包括高分子聚合物载体材料和应力发光材料，将载体材料与应力发光材料通过双螺杆挤出机、丝网印刷和静电纺丝工艺制备出纤维和薄膜，在外力作用下可产生可见光。

【技术特征摘要】
1.一种柔性可拉伸应力发光器件的制备及应用；其主体基质包括高分子聚合物载体材料和应力发光材料，将载体材料与应力发光材料通过双螺杆挤出机、丝网印刷和静电纺丝工艺制备出纤维和薄膜，在外力作用下可产生可见光。2.如权利要求1所述一种柔性可拉伸应力发光器件的制备及应用，其特征在于所述的应力发光材料是以硫化物半导体为基质，通过添加不同激活剂制备出前驱体溶液，然后在溶液中加入分散剂、稀土稳定剂，采用微波加热法在反应釜中制备出纳米颗粒，然后将纳米颗粒置于18%的乙酸中浸泡3-12小时后，用去离子水洗至中性，然后在80°C真空烘箱中干燥4-8小时即得到应力发光材料。3.如权利要求1所述一种柔性可拉伸应力发光器件的制备及应用，其特征在于所述的高分子聚合物载体为聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚偏氟乙烯、PDMS、TPU、TPO中的一种或多种，应力发光材料和聚合物载体混合后，两种材料的界面存在间隙，在外力的作用下两种材料之间产生驻极效应而产生发光。4.如权利要求2所述一种柔性可拉伸应力发光器件的制备及应用，其特征在于所述的硫化物半导体为硫化锌、硫化钙、硫化锶、硫化铜、硫化银、硫化镉、硫化锡、硫化铟中的一种或多种，通过选择不同的硫化物半导体可以实现在应力作用下的不同响应速率的调控，实现高响应阀值。5.如权利要求2所述一种柔性可拉伸应力发光器件的制备及应用，其特征在于所述的激活剂为氧化铕、氧化铒、氧化镝、氧化铽、氧化铈、氧化钐、氧化镨中的一种或多种，通过添加不同的激活剂可以实现应力发光材料的光谱450nm-650nm的可控制备。6.如权利要求2所述一种柔性可拉伸应力发光器件的制备及应用，其特征在于所述的分散剂为硬脂酸钡...

【专利技术属性】
技术研发人员：费运启，郭素文，边静宇，郑岩，张志军，孙川越，杨云凌，侯成义，姚静，戚佳斌，杨伟峰，
申请(专利权)人：上海洞舟实业有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31