[发明专利]一种摩擦发光陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种摩擦发光陶瓷材料及其制备方法，旨在提供一种具有摩擦发光性能的压力感应材料，属于发光陶瓷技术领域。该陶瓷的化学组成通式为Zn_2‑x‑yOS:xMn²⁺,yRe³⁺，其中Re为Y，Gd和Nd中的一种或几种组合，x和y的取值范围分别为：0.01≤x≤0.1，0.01≤y≤0.1，该陶瓷的发光中心为Mn²⁺离子，通过引入Y³⁺，Gd³⁺和Nd³⁺等稀土杂质离子能够有效增强其摩擦发光效果。本发明提供的陶瓷具有抗压强度高，摩擦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。

技术领域

本发明属于陶瓷技术领域，特别是涉及一种摩擦发光陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

摩擦发光是指某些固体受机械研磨、振动或应力时的发光现象，这类发光物质可将机械能转变为光能。虽然早在十七世纪就有人记载地震中岩石的破裂会导致发光，但到目前为止，摩擦发光的机理还没有被完全研究清楚。近年来发现摩擦发光材料可用于感压发光传感领域，可以用来制造压力探测传感器，与光检测元件联合使用，能研制新型压力探测传感器、预报监视器、及某些科学仪器中的显示元件等，这种新型的将摩擦压力转换为光度的传感方式，相较于旧式的将摩擦压力转化为电子量，如应变传感和压电式传感，具有非接触感应和电气连接更简单的优势，因而对它的关注逐渐增多，可以更广泛地得到应用。

摩擦发光物质在材料科学领域越来越受到人们关注，对于摩擦发光的研究，国外从二十世纪八十年代开始，致力于寻找或合成优异摩擦发光特性的材料用于感压发光的应用，国内近十年也加大了这方面的研究，如中科院长春应用化学研究所稀土化学与物理重点实验室、北方交通大学光电子技术研究所、北京理工大学光电工程中心都在这方面做了大量工作。摩擦发光起因于固体力学能量应用的光发射，与固体的光谱结构、力学和电学性质相联系。目前文献报道关于摩擦发光的来源主要有七种：晶体的荧光、晶体磷光、气或其他气体的发光、金属中心的发光、电荷转移发光、自由原子团发光、黑体辐射以及导带到表面带的过渡。常用作研究的物质有：Sm³⁺ 、Eu³⁺ 、Tb³⁺ 与β-二酮和有机磷氧化物的三元配合物、Eu³⁺ 与TTA和吡啶类氮氧化物的混配型配合物、Mn掺杂的ZnS的混合物等，它们既是很好的荧光材料，也是摩擦发光物质。用于激发摩擦发光的机械能有多种形式。如热震动，它可以产生应力、裂纹和晶体相变；迅速结晶，它也可以产生应力和裂缝；还有由碰撞、摩擦晶体而产生的各向异性压力和流体在固体表面运动等。摩擦发光与其他形式的发光，如热发光和化学发光，经常不容易区别。比如在摩擦发光实验中，作用在晶体上的机械能可以转化为热能，进而引起热发光；或者发生了一个生成激发态产物的化学反应从而导致发光，这些作用分别可被称为摩擦热发光，摩擦化学发光。

发明内容

为了克服上述现有技术中摩擦发光材料的发光强度较弱等缺点，本发明提供了一种具有较高摩擦发光效率的陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷具有抗压强度高，摩擦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，本发明所采用的技术方案如下：

一种摩擦发光陶瓷材料，所述陶瓷材料的化学组成通式为Zn_2-x-yOS: xMn²⁺, yRe³⁺，其中Re为Y，Gd和Nd中的一种或几种组合，x和y的取值范围分别为：0.01≤x≤0.1，0.01≤y≤0.1。特别地，所述陶瓷的发光中心为Mn²⁺离子，通过引入稀土离子Y³⁺、Gd³⁺和Nd³⁺中的一种或几种组合提供陷阱能级，能够有效增强其摩擦发光效果。