一种基于力致发光强度比的可视化力学传感材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于力致发光强度比的可视化力学传感材料及其制备方法。所述传感材料的化学通式是M9‑

【技术实现步骤摘要】
一种基于力致发光强度比的可视化力学传感材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及基于力致发光强度比用于可视化应变传感的
，尤其涉及一种基于力致发光强度比的可视化力学传感材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]力致发光(Mechanoluminescence,简写ML)材料由于其在机械刺激下产生的发光现象被作为一种典型的能量转换材料有望被广泛的应用于应变传感领域。ML材料能够响应的机械刺激种类繁多，如压缩、拉伸、摩擦、超声、触摸、冲击、振动以及弯曲等，并且在受到机械刺激后根据ML材料组分、结构以及发光中心的不同产生从紫外
‑
可见
‑
近红外区的光发射，可以根据具体的应用场景被设计成特殊的应变传感器。
[0003]目前研究者们广泛采用的手段是用ML的绝对强度与应力/应变之间建立对应关系，进而实现基于ML材料的应变传感技术，然而这种手段在传感精度方面具有诸多弊端。基于绝对强度的光学传感技术容易受到信号采集效率变化引起的误差影响，而局部使用环境(如：温度、湿度、腐蚀性化学物质等)的不确定性不可避免地会放大这种负面影响，导致后续应力传感出现严重的误差。所以，基于ML绝对强度的光学传感技术由于各种原因而存在着精度不足、误差较大以及难以可视化等问题。
[0004]因此寻找一种在基质材料中引入两种或两种以上特征发光波段、发光颜色以及外层电子构型不同的发光中心，在不同的应变水平下通过不同发光中心对力学刺激的响应灵敏度差异，实现基于力致发光强度比以及可视化发光颜色的传感手段可以有效的实现自校正、高精度的应变应变传感，成为本领域的技术人员亟需解决的一个问题。

技术实现思路

[0005]针对上述存在的问题，本专利技术旨在提供一种基于力致发光强度比的可视化力学传感材料及其制备方法，该传感材料是在其基质中引入两种特征发光波段、发光颜色以及外层电子构型不同的发光中心。而制备的应变传感复合器件，在不同的应变水平下通过两种发光中心在基质中对力学刺激的响应灵敏度差异，实现基于力致发光发光强度比以及发光颜色可视化的传感手段可以有效的实现自校正、高精度的应变传感。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种基于力致发光强度比用于可视化应变传感的传感材料，其特征在于，所述传感材料的化学通式如下所述：
[0007]M9‑
x
‑
y
N(PO4)7:xTb
3+
,yMn
2+
，其中，
[0008]M选自于Ca、Sr、Ba、Mg和Zn所构成的群组的其中之一或几种的组合；
[0009]N选自于Al、Ga、Y、Gd、Lu和Sc所构成群组的其中之一或几种的组合；
[0010]0.01≦x≦0.5，0.03≦y≦0.4。
[0011]优选的，所述M包含Ca。
[0012]优选的，所述N包含Al。
[0013]优选的，x＝0.1
‑
0.5。
[0014]优选的，y＝0.03
‑
0.1。
[0015]一种基于力致发光强度比用于可视化应变传感材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0016]S10、按化学通式M9‑
x
‑
y
N(PO4)7:xTb
3+
,yMn
2+
中的摩尔计量比分别称取各组分的原料；
[0017]S20、在步骤S10称取的各组分原料中加入无水乙醇后充分研磨30min混合均匀；
[0018]S30、将S20中研磨混合的原料在空气中进行高温烧结，随后冷却至室温；
[0019]S40、将步骤S30中的高温烧结的产物研磨后成所述传感材料。
[0020]优选的，所述高温烧结的温度为1100～1300℃，时间为5～9h。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022]1、本专利技术所述传感材料是在其基质中引入两种特征发光波段、发光颜色以及外层电子构型不同的发光中心，在不同的应变水平下通过两种发光中心在基质中对力学刺激的响应灵敏度差异，实现基于力致发光发光强度比以及发光颜色可视化的传感手段可以有效的实现自校正、高精度的应变传感。
[0023]2、本专利技术涉及的传感材料与聚二甲基硅氧烷(PDMS)混合后制备的应变传感复合器件，在不同形变量的力学刺激下，能够实现基于发光强度比的由绿到黄最后到红的颜色变化，而且颜色变化明显，发光强度高，该传感材料通过力致发光颜色的高可靠性实现了定量可视化力学应变传感。
附图说明
[0024]图1显示为本专利技术用于可视化力学传感材料的制备方法流程图。
[0025]图2显示为本专利技术利用该传感材料制作复合弹性薄膜制备方法流程图。
[0026]图3显示为本专利技术实施例1传感材料及国际晶体衍射标准卡JCPDS:48
‑
1192的XRD图谱。
[0027]图4显示为本专利技术实施例1的传感材料的发射光谱,在367nm激发下，在450～750nm范围内，其中475～650nm的四组尖峰分别归属于Tb
3+
的5D4→7F6、5D4→7F5、5D4→7F4、5D4→7F3跃迁，600～700nm归属于Mn
2+
的4T1→6A1禁戒跃迁；
[0028]图5显示为本专利技术实施例1的传感材料的激发光谱,在548nm监控下，在300～500nm范围内，分别归属于Tb
3+
的7F6→5D2、7F6→5G6，Mn
2+
的6A1→4T1。
[0029]图6显示为本专利技术实施例1的传感材料的ML光谱，在拉伸不同形变量的状态下测试的ML光谱。
[0030]图7为本专利技术实施例1应变大小与力致发光强度比的关系图。
[0031]图中通过来计算发光强度比，进而确定可视化颜色的变化。其中，公式中FIR表示发光强度比，I
Tb
表示Tb
3+
的ML发射强度I
Mn
表示Mn
2+
的ML发射强度。
[0032]图8显示本专利技术实施例1的传感材料与PDMS混合制得的复合弹性薄膜，在不同形变量下拍摄的ML照片。
[0033]图9显示为实施例1的传感材料与PDMS混合制得的复合弹性薄膜在明场、半明场，
以及暗场环境下指关节弯曲过程中不同弯曲角度以及制得的气球在流体充气过程中的发光图片。
具体实施方式
[0034]为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的描述。
[0035]一种基于力致发光强度比的可视化力学传感材料，所述传感材料的化学通式如下所述：
[0036]M9‑
x
‑
y
N(PO4)7:xTb
3+
,yMn
2+
，其中，...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于力致发光强度比的可视化力学传感材料，其特征在于，所述传感材料的化学通式如下所述：M9‑
x
‑
y
N(PO4)7:xTb
3+
,yMn
2+
，其中，M选自于Ca、Sr、Ba、Mg和Zn所构成的群组的其中之一或几种的组合；N选自于Al、Ga、Y、Gd、Lu和Sc所构成群组的其中之一或几种的组合；0.01≦x≦0.5，0.03≦y≦0.4。2.根据权利要求1所述的一种基于力致发光强度比的可视化力学传感材料，其特征在于：所述M包含Ca。3.根据权利要求2所述的一种基于力致发光强度比的可视化力学传感材料，其特征在于：所述N包含Al。4.根据权利要求3所述的一种基于力致发光强度比的可视化力学传感材料，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵磊，王天丽，李艳艳，赵小奇，董宇，
申请(专利权)人：宝鸡文理学院，
类型：发明
国别省市：