[发明专利]一种力致发光玻璃及力传感方法

说明书

本发明提供了一种基于新组分配方的力致发光玻璃及其制备方法。所述玻璃在机械力作用下，在玻璃基体中析出了大量的CsPbBr₃发光纳米晶，可发出明亮的绿光。本发明还提供了一种以所述力致发光玻璃为核心部件的力传感简易方法，可便捷、有效地探测摩擦力、压应力、冲击力等。

技术领域

本发明涉及固体发光材料领域，尤其是涉及一种力致发光玻璃及力传感方法。

背景技术

压力传感器在日常生活与工业领域都有广泛的应用，其能有效地探测所施加压力的大小。目前常用的一类压阻式压力传感器主要通过电阻的变化将外界压力值转化为电信号，其操作简单，应用广泛。除此之外，领域内技术人员也研发了多种探测压力的方法。例如，申请号为201310465080.3的专利公开了一种使用集成感应接头、信号调制电路和信号传输装置来探测压力的方法。申请号为201810225706.6的发明公开了一种采用MEMS压力芯片作为压力敏感元件放置于陶瓷片上，与相应的信号调制电路板相连来实现压力的探测。值得指出地是，大多数力学传感器都需要一套复杂的连接装置来实现压力探测。

众所周知，玻璃是一种处于热力学亚稳态的非晶相固体，当对其施加一定的能量，使玻璃基体发生晶化，可形成包含玻璃相与晶相的复合材料——玻璃陶瓷。目前，已报道的玻璃析晶方式主要是热处理析晶，或是激光诱导析晶，其晶化均为热驱动。本专利中，我们公开了一种全新的、基于力驱动玻璃晶化机制的玻璃陶瓷及其制备工艺，所述玻璃在机械力的作用下可析出CsPbBr₃发光纳米晶体，其发光强度依赖于施加压力的大小，因而可应用于压力的探测。我们还公布了若干种基于这种玻璃力致发光现象的力传感方法。

发明内容

本发明提供了一种对应力敏感的锗酸盐玻璃及其制备方法，以及相应的力传感方法。

本发明的玻璃，由包括下列组分及含量的玻璃基体组合物制备：

GeO₂：20-60mol％；B₂O₃：0-20mol％；BaO：5-20mol％；Na₂O：5-20mol％；TiO₂：0-20mol％；PbBr₂：5-30mol％；NaBr：0-30mol％；Cs₂O：5-20mol％。

根据本发明，上述玻璃基体组合物的含量可进一步优选为：

GeO₂：30-50mol％；B₂O₃：5-15mol％；BaO：8-16mol％；Na₂O：8-16mol％；TiO₂：0-15mol％；PbBr₂：10-25mol％；NaBr：5-25mol％；Cs₂O：5-18mol％。

根据本发明，其他玻璃体系(如磷酸盐、碲酸盐等)的特定组分范围内，亦可达到类似的技术效果。

本发明还提供了上述玻璃的制备方法：

将GeO₂、B₂O₃、BaO、Na₂O、TiO₂、PbBr₂、NaBr、Cs₂O粉体原料按照上述配比进行混合、熔融，最后通过熔融急冷法得到前驱体玻璃；

根据本发明的制备方法，其步骤中：

将不同组分的粉体原料混合后，例如在玛瑙球磨罐中混合并充分研磨均匀后，置于氧化铝坩埚中，先进行预热，然后加热、并保温一段时间使之熔融，得到玻璃熔体；

根据本发明，优选地，在电阻炉中加热到900-1200℃，优选为1000-1100℃；保温0.5-3小时，优选为1-2小时，使原料充分熔融，得到玻璃熔体；