一种力致发光复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于力致发光技术领域，特别是涉及一种力致发光复合材料及其制备方法。一种力致发光复合材料，该复合材料将本发明专利技术的蓝色力致发光陶瓷材料配混于树脂中，形成本发明专利技术的树脂组合物，并在脂组合物中进一步加入其他无机材料或有机材料形成复合材料；所述陶瓷材料的化学组成通式为Ca

【技术实现步骤摘要】
一种力致发光复合材料及其制备方法和应用本专利技术是分案申请，原申请的申请号是：201711061636.7，申请日是：2017-11-02，专利名称是：一种蓝色力致发光陶瓷材料及其制备方法。
本专利技术属于力致发光
，特别是涉及一种力致发光复合材料及其制备方法。
技术介绍
材料在应力、摩擦、断裂或超声波震荡等作用下发出肉眼可见光的物理现象称为力致发光现象。与长余辉发光现象一样,力致发光也是一种很早就被人类认识的物理现象。能够产生力致发光现象的材料很多，包括有机和无机材料，如糖晶体、石英晶体以及近年来发展迅速的长余辉材料SrAl2O4:Eu等。由于一般材料的力致发光强度很低，持续时间很短，加上以前的弱光检测技术水平不高，因此材料的力致发光现象一直没有得到实际应用。上世纪90年代末，研究人员在长余辉材料中发现了很强的力致发光现象，这引起了传感器领域研究人员的极大兴趣，有关力致发光的报道迅速增加，相关领域发表论文逐年增加。近几年，科学家陆续发现了多种具有高效力致发光性能的材料，其具有成本低廉、发光性能稳定、发光强度与所受到的应力大小成正比等优势，在许多重要场合获得了应用。例如，利用力致发光材料的力致发光特性所制成的传感器可用作探测桥梁和建筑物受到冲击时，细小裂痕的形成与传播。在工程建筑上，为了保证工程结构的可靠性，通常需要应力分布测量，应力分布测量可以使用X射线衍射法、热成像法以及光纤网络等，而利用力致发光材料的力致发光特性为结构损伤检测以及应力分布提供了另外一种简单，可靠且低成本的方法。随着微光探测技术的发展以及力致发光材料发光强度的提升，力致发光材料在力学传感器、材料应力分布分析、建筑物安全、生命科学、地震及火山爆发预测等方面都有很强的应用前景。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中力致发光材料的发光强度较弱、微光探测困难等一系列问题，本专利技术提供了一种蓝色力致发光陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷具有抗压强度高，力致发光效果明显等特点，可用于压力传感器中的压力感应部件。为解决上述现有技术的不足，本专利技术所采用的技术方案如下：一种蓝色力致发光陶瓷材料，所述陶瓷材料的化学组成通式为Ca1-x-yAl3O4N:xEu2+,yRe3+，其中Re为Nd和Sm中的一种或两种组合，x和y的取值范围分别为：0.01≤x≤0.1，0.01≤y≤0.2。特别地，所述陶瓷的发光中心为Eu2+离子，通过引入Nd3+和Sm3+等稀土杂质离子能够有效增强其力致发光效果。一种蓝色力致发光陶瓷材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）配料：以高纯度的CaCO3、Al2O3、AlN和Eu2O3，以及Nd2O3和Sm2O3中的一种或两种组合作为原料，按照化学组成通式Ca1-x-yAl3O4N:xEu2+,yRe3+中各元素的配比，精确称取原料；x和y的取值范围分别为：0.01≤x≤0.1，0.01≤y≤0.2；（2）混料：以玛瑙球作为研磨球，以无水乙醇作为球磨介质，将玛瑙球、无水乙醇及原料同时放入球磨罐中，在行星式球磨机上球磨混料5~20小时，形成浆料状混合物，所述无水乙醇与原料的质量比为2:3；（3）烘干：将获得的浆料状混合物置于烘箱中，在80℃条件下保温烘干4~6小时，再将干燥后获得的原料过200目筛子，获得混合均匀的原料；（4）成型：称取一定量混合均匀的原料，放入不锈钢模具中干压成型，压力为10~15MPa，得到圆柱形陶坯；（5）烧结：将所述的陶坯在还原气氛条件下进行高温烧结，烧结气氛为5%H2/95%N2的氢氮混合气，升温速率为5℃/min，烧结温度为1100~1400℃，烧结时间为6~10小时，冷却后取出即得一种蓝色力致发光陶瓷材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术提供了一种蓝色力致发光陶瓷材料，其基质组成为CaAl3O4N，通过稀土离子Eu2+掺杂获得蓝色力致发光现象，发光峰位于470nm左右；（2）通过引入Nd3+和Sm3+等稀土杂质离子，产生陷阱能级，能够有效增强其力致发光效果；（3）本专利技术提供的力致发光陶瓷抗压强度高，能在较大的压力条件下工作，压力消除后具有可重复使用的特点。本专利技术还公开了一种应力发光元件，采用上述的蓝色力致发光陶瓷材料制成的基片。本专利技术还公开了一种应力发光元件，包括基底和附着在基底上的压力发光薄膜，所述的压力发光薄膜为上述的蓝色力致发光陶瓷材料粉末或蓝色力致发光陶瓷材料薄片。本专利技术还公开了一种应力发光元件包括基底和附着在基底上的压力发光薄膜，所述的压力发光薄膜为蓝色力致发光陶瓷材料粉末或蓝色力致发光陶瓷材料薄片。作为优选，压力发光薄膜的厚度为1-10mm。本专利技术的基底，可以为刚性基底，也可以为柔性基底。作为优选，所述刚性基底可以选自玻璃、硅、钢铁、陶瓷、水泥、木材和石头，所述柔性基底可以选自PDMS(聚二甲基硅氧烷)膜、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜、PS(聚苯乙烯)膜、PU(聚氨酯)膜、PI(聚酰亚胺)膜和PVA(聚乙烯醇)薄膜。上述的应力发光元件制备方法，包括：将如上所述的蓝色力致发光陶瓷材料粉末颗粒的悬浮液涂覆于如上所述的基底上。尽管将如上所述的蓝色力致发光陶瓷材料粉末颗粒悬浮液溶剂中制备成悬浮液，然后涂覆于所述基底上即可制备出满足本专利技术要求的传感器，但当所述悬浮液中还含有高分子物质时，最终所制备的传感器的灵敏度和精准度会得到进一步提升。所述蓝色力致发光陶瓷材料粉末颗粒的含量也可以在较宽的范围内变化，优选情况下，基于100重量份的所述悬浮液，所述蓝色力致发光陶瓷材料粉末颗粒的含量为0.5-10重量份，优选为1-5重量份。优选的，所述高分子物质选自PVA、EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)、PDMS、PU、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PAM(聚丙烯酰胺)、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)、淀粉、纤维素、植物胶、动物胶、羧甲基淀粉、醋酸淀粉、羟甲基纤维素和羧甲基纤维素中的一种或多种。根据本专利技术，所述高分子物质的含量也可以在较宽的范围内变化，优选情况下，基于100重量份的所述悬浮液，所述高分子的含量为1-10重量份，优选为3-8重量份。根据本专利技术，所述溶剂可以为本领域常规使用的各种溶剂，优选选自水、甲醇、乙醇、丙酮、乙二醇、异丙醇、二甘醇、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、乙二醇苯醚、乙二醇苄醚、康醇、二甘醇甲醚、二甘醇乙醚、二甘醇丁醚、三甘醇甲醚、双丙酮醇、十三醇、十四醇、邻苯二甲酸二辛酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、环己酮、二甲苯、联二环己烷、环己烷、正丁醇、丁酮、邻苯二甲酸二甲酯和山梨糖醇中的一种或多种。根据本专利技术，将所述蓝色力致发光陶瓷材料粉末颗粒的悬浮液涂覆在所述基底表面上的方法可以为本领域常规的选择，例如，可以采用喷涂、旋涂等涂覆方法，也可以采用打印技术。本专利技术在此优选打印技术将蓝色力致发光陶瓷材料粉末颗粒的悬浮液印在基底的表面上，从而使得制备得到的传感器的灵敏度和精准度得到进一步提升。其中，所述打印技术可以选自点胶、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种力致发光复合材料，其特征在于，该复合材料将本专利技术的蓝色力致发光陶瓷材料配混于树脂中，形成本专利技术的树脂组合物，并在脂组合物中进一步加入其他无机材料或有机材料形成复合材料；所述陶瓷材料的化学组成通式为Ca

【技术特征摘要】
1.一种力致发光复合材料，其特征在于，该复合材料将本发明的蓝色力致发光陶瓷材料配混于树脂中，形成本发明的树脂组合物，并在脂组合物中进一步加入其他无机材料或有机材料形成复合材料；所述陶瓷材料的化学组成通式为Ca1-x-yAl3O4N:xEu2+,yRe3+，其中Re为Nd和Sm中的一种或两种组合，x和y的取值范围分别为：0.01≤x≤0.1，0.01≤y≤0.2。


2.根据权利要求1所述的一种力致发光复合材料，其特征在于，树脂为环氧树脂或丙烯酸类树脂，相对于树脂100质量份配混上述蓝色力致发光陶瓷材料1～200份；树脂为聚乙烯树脂或软质氯乙烯树脂，相对于树脂100质量份配混上述蓝色力致发光陶瓷材料30～300质量份。


3.根据权利要求1所述的一种力致发光复合材料，其特征在于，相对于聚氯乙烯树脂100重量份，配混上述蓝色力致发光陶瓷材料50～200质量份、钙-锌系稳定剂3～5质量份、作为增塑剂的邻苯二甲酸二辛酯30～100质量份，用两辊磨在150～200℃下进行混炼，从而可以得到具有可挠性的片状的应力发光体。


4.根据权利要求1所述的一种力致发光复合材料，其特征在于，相对于聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂100质量份，配混上述蓝色力致发光陶瓷材料20～50质量份，用双螺杆挤出机、吹胀加工机在250～300℃下进行混炼、成型，从而可以得到薄膜状的应力发光体。


5.根据权利要求1所述的一种力致发光复合材料，其特征在于，相对于聚丙烯树脂100质量份，配混蓝色力致发光陶瓷材料5～100质量份，用双螺杆挤出机在170～200℃下进行混炼、成型，从而可以得到带状、板状、棒状、粒料状的应力发光体。


6.根据权利要求1所述的一种力致发光复合材料，其特征在于，相对于聚丙烯树脂100质量份，配混蓝色力致发光陶瓷材料5～100质量份，通过使用注射成型机在170～200℃下对粒料状的应力发光体进行加工成型，得到立体形状的应力发光体。


7.根据权利要求1所述的一种力致发光复合材料，其特征在于，树脂可以选自热塑性树脂、热固性树脂那样的树脂。

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【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：杭州显庆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33