具有层状晶体结构的高亮度应力发光材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及具有层状晶体结构的高亮度应力发光材料及其制备方法与应用，提供了一种具有层状晶体结构的高亮度应力发光材料及其制备方法，还提供了一种包含该材料的应力发光器件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型层状晶体结构(Laminated Structure)的应力发光材料。更具体地说，本专利技术涉及一种可以将机械能转化为光能的发光材料。该材料可以在机械外力 (如摩擦力、冲击力、压力、剪切力、扭曲力、弹力、以及声、热、电、磁等其它形式转换成的作用力)的作用下发出高亮度的可见光，而且通过掺杂不同离子来实现不同颜色的可见光输出，实现连续可调光谱的输出。通过使用上述材料，将机械能直接转换为光能，可应用于人工皮肤、骨骼、自诊断系统中，在生物体、机械部件和建筑物的应力分布检测、监测、应力传感器(显示器)、超精密器件加工以及其它方面有广泛的应用前景。本专利技术还涉及所述材料的制备方法与用途。
技术介绍
当某种物质受到诸如光的照射、外加电场或者电子束轰击等的激发后，如果该物质不会因此而发生化学变化，在回复到初始平衡状态的过程中，一部分多余的能量会通过光或热的形式释放出来。如果这部分能量是以可见光或近可见光的电磁波形式释放出来， 就称这种现象为发光。换句话说，发光就是物质除热辐射之外以光(电磁波)的形式释放出多余的能量。对于各种发光现象，可按其被激发的方式进行分类，包括光致发光、电致发光、阴极射线发光、X射线及高能粒子发光、化学发光和生物发光等。近些年来，一种新颖的发光效应-应力发光引起了人们的极大兴趣。应力发光是一种机械能转换为光能的现象，即给应力发光材料施加一定形式的机械应力使其发光。应力发光分为破坏性应力发光和弹性应力发光。破坏性应力发光现象早在16世纪即被人们发现，普遍存在于自然界中，如地震、岩石开裂等引起的发光，早期的报道和研究主要集中于该类应力发光，但至今未有实质性进展。近年来，随着高亮度应力发光材料的发现及新检测手段的开发、光检测灵敏度的提高，弹性应力发光越来越受到人们的广泛关注。弹性应力发光是在材料弹性限度内给应力发光材料施加机械应力(如摩擦力、冲击力、压力、剪切力、扭曲力、弹力、以及声、热、电、 磁等其它形式转换成的作用力)使其发光，其发光强度与外界施加的应力成正比，并且通过掺杂不同的离子来实现在相同应力条件下具有不同颜色的可见光输出，实现连续可调光谱的输出。通过使用上述材料，将机械能直接转换为光能，实现非破坏性应力监测和应力可视化，可应用于人工皮肤、骨骼、自诊断系统中，在生物体、机械部件和建筑物的应力分布检测、监测、应力传感器(显示器)、超精密器件加工以及其它方面都具有广泛的应用前景。弹性应力发光的研究历史只有十几年，目前已知的弹性应力发光材料主要有， 例如中国专利申请CN 101343180A公开的具有集压电效应、电光效应和应力发光效应于一体的(Ba，Ca)Ti03:ft·功能材料、日本国立产业技术综合研究所和索尼公司提出的 SrAl2O4: RE (RE = Ce, Eu), MGa2O4:Mn (M = Zn, Mg), Ca2Al2SiO7: Ce 和(Ba, Ca) TiO3:Pr 等应力发光材料。但是，目前应力发光材料的研究主要存在有以下问题(1)应力发光机理尚不清楚，还仅限于对发光现象的观察，没有一个公认的理论模型；( 现有高性能应力发光材料太少，且应力发光光谱有限，如SrAl204:Eu，MgGa2O4 = Mn发绿光，(Ba，Ca)TiO3Jr发红光，妨碍实际应用；C3)应力发光测试及性能的评价体系尚未建立，还没有国际标准。因此，本领域迫切需要开发出一种具有广泛的应用前景的新的高性能应力发光材料，它可在机械外力的作用下发出高亮度的可见光，具有不同颜色的可见光输出，并且输出光谱连续可调。
技术实现思路
本专利技术提供了一种新颖的具有层状晶体结构的高亮度应力发光材料及其制备方法与应用，其基质本身或经其它离子掺杂的样品在机械外力(如摩擦力、冲击力、压力、剪切力、扭曲力、弹力、以及声、热、电、磁等其它形式转换成的作用力)的作用下发出高亮度的可见光，而且通过掺杂不同离子来实现不同颜色的可见光输出，实现连续可调光谱的输出，从而解决了现有技术中存在的问题。一方面，本专利技术提供了一种具有层状晶体结构的高亮度应力发光材料，该材料具有以下分子式mMLm(R1A1)xT^B1 · nM^2^-(111 11 Js-^Bn式中，m和η表示所述层状晶体结构中，MUpy(R1A1)xI^B1层与M L2xY(R11A11)Z^ δ11层的交叠层数，1彡m彡5，1彡η彡5，m和η为整数；x、y、x’、y’各自为激活剂离子的掺杂浓度，0彡χ彡0. 5，0彡y彡1，0彡χ’彡0. 5， 0 彡 y，彡 1，且 Hx-y > 0，l-2x' -y，> 0 ；M1和Mn独立地选自Mg、Ca、Sr、Ba和Si的+2价离子中的一种或多种；B1和Bn独立地选自0、S、Se和Te的_2价离子中的一种或多种；T1和Tn独立地选自Mn、Eu、Yb、Cu和Co的+2价离子中的一种或多种；R1 和 Rn 独立地选自 Cd、Cr、Bi、Ti、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm 和 Yb 的 +3价离子中的一种或多种；A1和An独立地选自Li、Na、K、Rb和Cs的+1价离子中的一种或多种。在一个优选的实施方式中，m = 1，η = 1政=Ca或Ba ；Mn = Zn ；R1和Rn独立地选自 Bi、Ti、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm 和 Yb 的 +3 价离子中的一种或多种；T1 和Tn独立地选自Mn、Eu、Yb和Cu的+2价离子中的一种或多种；A1和An独立地选自Li、 Na、K、Rb和Cs的+1价离子中的一种或多种；且0彡χ彡0. 3，0彡y彡0. 3，0彡χ，彡0. 3， 0 ^ y' ^ 0. 3ο另一方面，本专利技术提供了一种制备具有层状晶体结构的高亮度应力发光材料的方法，该方法包括以下步骤(i)根据以下分子式配比称量样品，并混合均勻mM· nM512^^-(^1^1)^!; 11式中，m和η表示所述层状晶体结构中，MUc(R1A1)j^B1层与M ^y(R11A11)x.!;1 δ11层的交叠层数，1彡m彡5，1彡η彡5，m和η为整数；x、y、x’、y’各自为激活剂离子的掺杂浓度，0彡χ彡0. 5，0彡y彡1，0彡χ’彡0. 5， 0 彡 y，彡 1，且 Hx-y > 0，l-2x' -y，> 0 ；M1和Mn独立地选自Mg、Ca、Sr、Ba和Si的+2价离子中的一种或多种；B1和Bn独立地选自0、S、Se和Te的_2价离子中的一种或多种；T1和Tn独立地选自Mn、Eu、Yb、Cu和Co的+2价离子中的一种或多种；R1 和 Rn 独立地选自 Cd、Cr、Bi、Ti、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm 和 Yb 的 +3价离子中的一种或多种；A1和An独立地选自Li、Na、K、Rb和Cs的+1价离子中的一种或多种；(ii)采用以下两种方式中的一种加热样品，然后在样品自然冷却后取出，经粉碎过筛即得具有层状晶体结构的高亮度应力发光材料(a)将样品放入石英玻璃管中，在石英管管内的真空条件下熔融封住其端口，然后将样品放入加热炉中灼烧，按1_15°C /分钟的升温速度升温，灼烧温度为800-1150°C，反应时间为M-72小本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种具有层状晶体结构的高亮度应力发光材料，该材料具有以下分子式：（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｍ（／ｍｉ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｍ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｙ（／ｍｉ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）Ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｒ（／ｍｉ）?（ｍｉ）Ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）Ａ（／ｍｉ）?（ｍｉ）Ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｔ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｙ（／ｍｉ）?（ｍｉ）Ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｂ（／ｍｉ）?（ｍｉ）Ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）＆ＣｅｎｔｅｒＤｏｔ；（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｎ（／ｍｉ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｍ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ｐｒｉｍｅ；（／ｍｏ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｙ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ｐｒｉｍｅ；（／ｍｏ）?（／ｍｓｕｐ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ＩＩ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｒ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ＩＩ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）Ａ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ＩＩ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ｐｒｉｍｅ；（／ｍｏ）?（／ｍｓｕｐ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｔ（／ｍｉ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｙ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ｐｒｉｍｅ；（／ｍｏ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ＩＩ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｂ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ＩＩ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｐ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）式中，ｍ和ｎ表示所述层状晶体结构中，层与（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｍ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ｐｒｉｍｅ；（／ｍｏ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｙ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ｐｒｉｍｅ；（／ｍｏ）?（／ｍｓｕｐ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ＩＩ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｒ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ＩＩ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）Ａ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ＩＩ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ｐｒｉｍｅ；（／ｍｏ）?（／ｍｓｕｐ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｔ（／ｍｉ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｙ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ｐｒｉｍｅ；（／ｍｏ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ＩＩ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｂ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ＩＩ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｐ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）层的交叠层数，１≤ｍ≤５，１≤ｎ≤５，ｍ和ｎ为整数；ｘ、ｙ、ｘ’、ｙ’各自为激活剂离子的掺杂浓度，０≤ｘ≤０．５，０≤ｙ≤１，０≤ｘ’≤０．５，０≤ｙ’≤１，且１－２ｘ－ｙ＞０，１－２ｘ’－ｙ’＞０；ＭＩ和ＭＩＩ独立地选自Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ和Ｚｎ的＋２价离子中的一种或多种；ＢＩ和ＢＩＩ独立地选自Ｏ、Ｓ、Ｓｅ和Ｔｅ的－２价离子中的一种或多种；ＴＩ和ＴＩＩ独立地选自Ｍｎ、Ｅｕ、Ｙｂ、Ｃｕ和Ｃｏ的＋２价离子中的一种或多种；ＲＩ和ＲＩＩ独立地选自Ｃｄ、Ｃｒ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ和Ｙｂ的＋３价离子中的一种或多种；ＡＩ和ＡＩＩ独立地选自Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ和Ｃｓ的＋１价离子中的一种或多种。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张志军，赵景泰，陈昊鸿，杨昕昕，满振勇，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31