一種錫酸鹽基彈性應(yīng)力發(fā)光材料、制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于應(yīng)力發(fā)光材料技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種錫酸鹽基高性能彈性應(yīng)力發(fā)光材 料、制備方法及其應(yīng)用，在生物體、機械部件和建筑物等的應(yīng)力分布檢測、應(yīng)力傳感器、顯示 器、娛樂裝置等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
【背景技術(shù)】
[0002] 應(yīng)力發(fā)光材料，是在應(yīng)力作用下可產(chǎn)生光發(fā)射現(xiàn)象的固體材料。根據(jù)其在產(chǎn)生應(yīng) 力發(fā)光時的形變程度，可將應(yīng)力發(fā)光材料分為斷裂應(yīng)力發(fā)光、塑性應(yīng)力發(fā)光和彈性應(yīng)力發(fā) 光。斷裂應(yīng)力發(fā)光是破壞性的，難W控制，該導(dǎo)致斷裂應(yīng)力材料的使用不具有可重復(fù)性及 可控性，應(yīng)用潛質(zhì)較低；而塑性應(yīng)力發(fā)光材料在產(chǎn)生應(yīng)力發(fā)光后形變難W恢復(fù)，也面臨同樣 的應(yīng)用限制；相比前兩種材料，彈性應(yīng)力發(fā)光材料具有可重復(fù)性及很強的應(yīng)力發(fā)光規(guī)律性 的特點，使得其具有極大的應(yīng)用潛力。據(jù)目前的研究表明，基于彈性應(yīng)力發(fā)光材料的傳感器 在對機器部件、儲氣罐、建筑結(jié)構(gòu)等的應(yīng)力分布即時檢測方面展現(xiàn)出了無可比擬的優(yōu)勢；而 基于彈性應(yīng)力發(fā)光材料開發(fā)的顯示器也顯示了巨大的應(yīng)用前景。迄今為止，該一領(lǐng)域的研 究人員開發(fā)了十?dāng)?shù)種彈性應(yīng)力發(fā)光材料，主要有SrAl2〇4擊U"，Dy3+，CaAl2Si2〇8;Eu"，SrMg2 (P〇4)2;化"，CaZr (P〇4)2;Eu2+，Ca2Al2Si〇7;Eu2+，CaSrMgAlaSiO?;化"，（Ca，Ba)Ti〇3:Pr3+， &iS:Mn"，Sr3Sn〇7;Sm3+等，其中SrAl2〇4;化"，Dy3+表現(xiàn)出最好的應(yīng)力發(fā)光性能，在輕微應(yīng)力 作用下即可產(chǎn)生高強度綠光。然而SrAl2〇4;Eu2+，Dy3+的合成需要在還原氣氛中進(jìn)行，資源 消耗大，該使得它的合成代價提高，不利于商業(yè)化推廣應(yīng)用；并且SrAl2〇4;Eu"，Dy3+防水性 差，在水溶液中會發(fā)生水解，大大降低光學(xué)性能，限制了應(yīng)用廣度。因此對新型應(yīng)力發(fā)光材 料的開發(fā)具有很大的驅(qū)動力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，尋求提供一種錫酸鹽基彈性應(yīng)力發(fā) 光材料、制備方法及其應(yīng)用，該材料彈性應(yīng)力發(fā)光強度高，制備工藝簡單，資源消耗低，化學(xué) 性質(zhì)穩(wěn)定，可在酸、堿和水溶液環(huán)境中仍保持良好的應(yīng)力發(fā)光性能。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的錫酸鹽基彈性應(yīng)力發(fā)光材料，所述發(fā)光材料W 稀±元素為激活劑，其化學(xué)結(jié)構(gòu)表達(dá)式為（Sri_,_yCa,Ay)2_,R,Sn〇4,其中0《X《0. 30,0《 y《0. 30,且x+y〉0,0. 001《Z《0. 10 ;A表示二價堿±金屬元素，R表示稀±激活 劑或敏化劑，X、y、Z分別表示摩爾百分含量。
[0005] 本發(fā)明中，A表示二價堿±金屬元素，可W是Be、Mg、Ba、Ra中的一種或多種；R 表示稀±激活劑或敏化劑元素，可W是La、Pr、刷、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy或化中的一種或多 種。
[0006] 本發(fā)明提出的錫酸鹽基彈性應(yīng)力發(fā)光材料的制備方法，具體步驟如下： (1)選取原料：Ca、Sr采用其氧化物或碳酸鹽為原料，堿±金屬元素W及稀±激活劑 或敏化劑采用其氧化物、硝酸鹽或碳酸鹽中任一種為原料，Sn元素采用其氧化物為原料，按 照各元素的化學(xué)計量比稱取原料，在混合原材料中加入無水己醇或去離子水并于瑪趟鉢中 研磨并攬拌1-4小時，將研磨均勻的粉體置于氧化侶相蝸中，在大氣環(huán)境下~l〇°C/ min的升溫速率升溫至700~1000°C，灼燒2~6小時得到預(yù)燒后樣品； (2) 將預(yù)燒的粉體研磨后置于相蝸中，在大氣環(huán)境下1~10°C/min的升溫速率升溫 至1200~1600°C，灼燒2~6小時后，隨爐降溫； (3) 將冷卻的粉體研磨10~30min，過篩，得到=價稀±離子共滲雜的澄紅色高亮度錫 酸鹽彈性應(yīng)力發(fā)光材料（SiVx_yCaxAy)2_zRzSn〇4粉體。
[0007] 本發(fā)明提出的錫酸鹽基彈性應(yīng)力發(fā)光材料的應(yīng)用，具體為；將錫酸鹽彈性應(yīng)力發(fā) 光材料與光學(xué)透明的有機樹脂高分子彈性材料混合制成薄片、圓柱型樹脂體或發(fā)光涂層中 任一種涂覆于待測部件表面，即可測試其應(yīng)力分布。
[0008] 本發(fā)明中，所述有機樹脂高分子彈性材料采用ABS樹脂、聚縮醒（PA)、聚碳酸醋 (PC)、聚己締（P巧、聚苯己締（P巧、聚丙締（P巧、聚甲基丙締酸甲醋（PMMA)、聚氨醋樹脂、聚 醋、環(huán)氧樹脂或娃橡膠等中任一種。
[0009] 本發(fā)明的有益效果為； (1)本發(fā)明材料制備采用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)方法，制備工藝簡單、大氣氛圍下制備、條件 容易控制、設(shè)備要求低、成本低廉，制備過程中無有毒氣體生成，對環(huán)境無污染。
[0010] (2)將制得的彈性應(yīng)力發(fā)光材料與光學(xué)透明的高分子彈性材料混合制成薄片或圓 柱型樹脂體、亦或涂覆于待測部件表面，可將其所受機械外力（壓力、拉力、摩擦力、沖擊 力、剪切力、扭曲力、彈力、超聲等）轉(zhuǎn)換為光能發(fā)出。
[0011] (3)本發(fā)明所制備的澄紅色高亮度彈性應(yīng)力發(fā)光材料（Sri_x_yCaxAy)2_zRzSn〇4的彈 性應(yīng)力發(fā)光強度對所施加應(yīng)力的響應(yīng)靈敏，且呈現(xiàn)規(guī)律性。在應(yīng)力變化率一定的情況下，彈 性應(yīng)力發(fā)光強度與應(yīng)力大小成正比；增大應(yīng)力變化率，彈性應(yīng)力發(fā)光強度也隨之增強。可W 實現(xiàn)檢測物體應(yīng)力分布的作用。
[0012] (4)本發(fā)明所制備的紅色高亮度彈性應(yīng)力發(fā)光材料不溶于酸、堿和水溶液，在此環(huán) 境中仍可得到優(yōu)異的應(yīng)力發(fā)光性能。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明實施例1、實施例2、實施例3、實施例4制備的錫酸鹽基彈性應(yīng)力發(fā) 光材料的X射線衍射圖譜；XRD結(jié)果顯示，材料保持Sr2Sn〇4主相，然而不同組分材料的XRD 的峰位有相對移動； 圖2為本發(fā)明實施例9制備的錫酸鹽基彈性應(yīng)力發(fā)光材料的彈性應(yīng)力發(fā)光強度-應(yīng)力 關(guān)系曲線圖，可W看出實施例9所制備的樣品的應(yīng)力發(fā)光強度隨著應(yīng)力的增加而增強； 圖3為本發(fā)明實施例為本發(fā)明實施例9制備的錫酸鹽基彈性應(yīng)力發(fā)光材料在壓力作 用下的彈性應(yīng)力發(fā)光實物圖，可W看出材料實例9#在壓力作用下的澄紅色應(yīng)力發(fā)光清晰 可見； 圖4為本發(fā)明實施例9制備的錫酸鹽基彈性應(yīng)力發(fā)光材料的彈性應(yīng)力發(fā)光光譜與光 致發(fā)光光譜，從圖4可W看出材料的光致發(fā)光光譜和應(yīng)力發(fā)光光譜峰位一致。
【具體實施方式】
[0014] 下面將通過實施例，并結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明。需要指出的是，該些 實施例僅用于說明本發(fā)明而不構(gòu)成對本發(fā)明范圍的限制。
[0015] 實施例1-10 ;制備方法具體步驟如下： (1) 選取原料；制備時化、Sr、Ba采用其氧化物或碳酸鹽為原料，堿金屬元素W及稀± 激活劑或敏化劑采用其氧化物、硝酸鹽或碳酸鹽為原料，Sn元素采用其氧化物為原料，按照 各元素的化學(xué)計量比稱取原料，在混合原材料中加入無水己醇或去離子水并于瑪趟鉢中研 磨并攬拌1-4小時，將研磨均勻的粉體置于氧化侶相蝸中，在大氣環(huán)境下~l〇°C/ min的升溫速率升溫至700~1000°C，灼燒2~6小時得到預(yù)燒后樣品； (2) 將預(yù)燒的粉體研磨后置于相蝸中，在大氣環(huán)境下1~10°C/min的升溫速率升溫 至1200~1600°C，灼燒2~6小時后，隨爐降溫； (3) 將冷卻的粉體研磨10~30min，得到=價稀±離子共滲雜的澄紅色高亮度彈性應(yīng) 力發(fā)光材料（Sri_x_yCaxAy) 2_zRzSn〇4粉體。
[0016] (4)將過篩后的粉料與光學(xué)透明的有機樹脂高分子彈性材料（如ABS樹脂、聚 縮醒（PA)、聚碳酸醋（PC)、聚己締（P巧、聚苯己締（P巧、聚丙締（P巧、聚甲基丙締酸甲醋 (PMMA)、聚氨醋樹脂、聚醋、環(huán)氧樹脂、娃橡膠等）混合制成薄片或圓柱型樹脂體、或發(fā)光涂 層涂覆于待測部件表面，即可測試彈性應(yīng)力發(fā)光性能。
[0017]
【主權(quán)項】
1. 一種錫酸鹽基彈性應(yīng)力發(fā)光材料，其特征在于所述發(fā)光材料以稀土元素為激活劑， 其化學(xué)結(jié)構(gòu)表達(dá)式為（SrnyCa/^hl^SrA，其中O彡X彡0.30,0彡y彡0.30,且x+y > 0,0. 001 <z< 0. 10 ;A表示二價堿土金屬元素，R表示稀土激活劑或敏化劑，x、y、 z分別表不摩爾百分含量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的錫酸鹽基彈性應(yīng)力發(fā)光材料，其特征在于A表示二價堿土金 屬元素，具體是Be、Mg、Ba、Ra中的一種或多種；R表示稀土激活劑或敏化劑元素，具體是 La、Pr、NcUSm、Eu、GcUTb、Dy或Er中的一種或多種。
3. -種如權(quán)利要求2所述的錫酸鹽基彈性應(yīng)力發(fā)光材料的制備方法，其特征在于具體 步驟如下： (1) 選取原料：Ca、Sr、Ba采用其氧化物或碳酸鹽為原料，堿土金屬元素以及稀土激 活劑或敏化劑采用其氧化物、硝酸鹽或碳酸鹽中任一種為原料，Sn元素采用其氧化物為原 料，按照各元素的化學(xué)計量比稱取原料，在混合原材料中加入無水乙醇或去離子水并于瑪 瑙缽中研磨并攪拌1-4小時，將研磨均勻的粉體置于氧化鋁坩堝中，在大氣環(huán)境下以1~ 10°C/min的升溫速率升溫至700~1000°C，灼燒2~6小時得到預(yù)燒后樣品； (2) 將預(yù)燒的粉體研磨后置于坩堝中，在大氣環(huán)境下1~KTC/min的升溫速率升溫 至1200~1600°C，灼燒2~6小時后，隨爐降溫； (3) 將冷卻的粉體研磨10~30min，過篩，得到三價稀土離子共摻雜的橙紅色高亮度錫 酸鹽彈性應(yīng)力發(fā)光材料（Sivx_yCaxAy) 2_zRzSn04粉體。
4. 一種如權(quán)利要求1所述的錫酸鹽基彈性應(yīng)力發(fā)光材料的應(yīng)用，其特征在于具體為： 將錫酸鹽彈性應(yīng)力發(fā)光材料與光學(xué)透明的有機樹脂高分子彈性材料混合制成薄片、圓柱型 樹脂體或發(fā)光涂層中任一種涂覆于待測部件表面，即可測試其應(yīng)力分布。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于所述有機樹脂高分子彈性材料采用ABS樹 月旨、聚縮醛、聚碳酸酯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯樹脂、聚酯、環(huán) 氧樹脂或硅橡膠中任一種。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種錫酸鹽基彈性應(yīng)力發(fā)光材料、制備方法及其應(yīng)用，所述發(fā)光材料化學(xué)結(jié)構(gòu)表達(dá)式為(Sr1-x-yCaxAy)2-zRzSnO4， 0 ≤x ≤ 0.30，0 ≤ y ≤ 0.30，且x+y > 0，0.001 ≤ z ≤ 0.10 ；A二價堿土金屬元素， R稀土激活劑或敏化劑，x、y、z為摩爾百分含量；具體為：選取原料，按照各元素的化學(xué)計量比稱取原料，在混合原材料中加入無水乙醇或去離子水并于瑪瑙缽中研磨并攪拌1-4 小時，將研磨均勻的粉體置于氧化鋁坩堝中，在大氣環(huán)境下升溫至700 ～ 1000℃，灼燒得到預(yù)燒后樣品；將預(yù)燒的粉體研磨后置于坩堝中，在大氣環(huán)境下升溫至1200 ～ 1600℃，灼燒后，隨爐降溫；將冷卻的粉體研磨10～30min，過篩，得到三價稀土離子共摻雜的橙紅色高亮度錫酸鹽彈性應(yīng)力發(fā)光材料。本發(fā)明制備工藝簡單、條件容易控制、成本低廉，制備過程中無有毒氣體生成，對環(huán)境無污染。
【IPC分類】C08L83-04, C08L75-04, C08K3-24, C08L69-00, C08L67-00, C08L25-06, C08L63-00, C08L55-02, C09K11-66, C08L23-12, C08L23-06, C08L77-00, C08L33-12
【公開號】CN104774613
【申請?zhí)枴緾N201510114959
【發(fā)明人】王旭升, 趙海峰, 李俊, 洪渲清, 柴曉娜, 李艷霞, 劉茜, 馮曉敏, 顧佚毫
【申請人】同濟大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月17日