[发明专利]光色和光强可调的双相应力发光材料

说明书

本发明属于应力发光功能材料科学技术领域，公开了一种光色和光强可调的双相应力发光材料及其制备方法，为ZnS和AOZnS两相，化学通式ⅠZnS‑ⅡAOZnS:xN，yM；0≤x≤1，0≤y≤1,Ⅰ和Ⅱ为ZnS和AOZnS的摩尔质量数，两者比值Ⅰ：Ⅱ＝η，0<η<10000；其中N为Zn位的替换元素，为Cu和Mn中的一种或两种；M为A位的替代元素，为Pr、Tb、Sm、Ho、Dy、Tm、Er、Nd、Bi、Pb、Au、Ag、Ti、Gd、Eu和Yb中的一种或多种，A为Ca、Sr、Ba中的一种或多种；x、y表示摩尔百分含量。本发明采用一步法合成的双相应力发光材料，制备工艺简单，成本低，且减少了制备过程中杂相的存在，合成出了具有优异的发光特性的双相应力发光材料。

技术领域

本发明属于应力发光功能材料科学技术领域，尤其涉及一种光色和光强可调的双相应力发光材料及其制备方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：应力发光是指固体材料在各种机械力(诸如扭曲、按压、拉伸、断裂等)作用下产生的动态发光现象。与常见的光致发光和电致发光激励方式不同，应力发光是在机械应力作用下的直接发光，无需通电或光照。且在一定弹性范围内发光强度与机械力大小成线性关系，制备的器件具有无线传输，非破坏性，可重复性和实时可视化等特点，作为一类新型无机发光体，应力发光智能材料的研究是目前一个热点研究领域，在人工智能、无纸化办公、智能防伪、应力传感、触屏技术和电子皮肤等领域具有很大的应用价值。智能应力发光敏感材料在微弱外力作用下，便具有肉眼可见的应力发光特性；在一定应力范围内，物体受到外部力学的刺激而发光的现象称为弹性应力发光，且该类应力发光是属于非破坏性的，具有自恢复性。运用弹性应力发光材料发光的非破坏性和应力发光强度与施加的机械应力成正比的特性，可以将其应用于智能应力分布传感器的制备，对所需检测物体实现实时应力可分布图像化。在人工智能、桥梁受力检测、预防地震、电子皮肤、智能防伪系统中，弹性应力发光材料也具有相当大的优势。到目前为止，弹性应力发光材料体系已经有几十种之多，但已被报道的应力发光材料，由于单一基质很难满足应力发光高亮度所具备的所有条件，其非破坏性应力发光强度比较微弱，发光效率较低(大多数在1％以下)，且可重复性较差等不足特性，使其不能满足社会生产要求。现在被开发出的双相的应力发光材料还很少。其中双相的应力发光陶瓷有CaTiO₃-BaTiO₃:Pr(红光)，中国发明专利CN 103468258 B和中国发明专利CN 101343180 B；一方面发光颜色单一(局限于红色光)较弱，另外一方面发光亮度较弱，需要在较大的压力(～1000N)作用下发光才肉眼可见，限制其更宽范围的应用。

综上所述，现有技术存在的问题是：目前双相弹性应力发光材料体系非破坏性应力发光强度比较微弱，发光阈值压力较大，发光效率较低，且在非辅助激励下可重复性也相对较差。

解决上述技术问题的难度：本发明通过采用配方和工艺优化，采用高温固相反应的一炉法制备了双相的双相半导体压电应力发光材料，简化了合成工艺，实现了应力发光亮度的提高和颜色的可调效果，同时该发明的材料对应力极为敏感，同比条件下，在1N作用力的发光即肉眼可见。

解决上述技术问题的意义：本发明制备出了具有优异发光特性的应力发光材料，其中合成原料为生物兼容性元素，环境友好，由它们制备出的产品，无需特殊封装，容易实现高性能的器件应用，拓宽了应用范围。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种光色和光强可调的双相应力发光材料及其制备方法。

本发明是这样实现的，一种光色和光强可调的双相应力发光材料，所述光色和光强可调的双相应力发光材料化学通式为ZnS-AOZnS:xN，yM；0≤x≤1，0≤y≤1；其中N为Zn位的替换元素，为Cu、Mn、Cr中的一种或多种；M为A位的替换元素，为Pr、Tb、Sm、Ho、Dy、Tm、Er、Nd、Bi、Pb、Au、Ag、Ti、Gd、Eu和Yb中的一种或多种，A为Ca、Sr、Ba中的一种或多种；x、y表示摩尔百分含量。