[发明专利]利用柔性有机摩擦发光材料的柔性应力响应型器件及制备方法

说明书

本发明涉及一种利用柔性有机摩擦发光材料的柔性应力响应型器件及制备方法，上层透明薄膜基底与下层透明薄膜基底之间为柔性摩擦发光涂层，形成一种平面的柔性应力响应型器件；或曲面基底材料与透明薄膜基底之间为柔性摩擦发光涂层，形成曲面应力响应型发光器件。本发明的制备工艺简单，重复性良好，所制备的柔性摩擦发光器件具有较高的发光效率，并且对外界应力刺激或基底材料裂痕具有极为灵敏的光学响应特性，伴随着易于检测的荧光信号，可实现航空、航天、航海设备材料破损实时监测，极大地简化材料探伤过程，对提高航天航空设备的安全性和稳定性具有重要的研究价值和科学意义。

技术领域

本发明属于柔性有机摩擦发光材料的技术领域，涉及一种利用柔性有机摩擦发光材料的柔性应力响应型器件及制备方法，所涉及的柔性有机摩擦发光材料在非晶态下具有良好的摩擦发光性能和较高的荧光量子效率，可制备成应力响应型柔性光电器件，应用于高精度破损监测和精密仪器与航空、航天、航海设备的微损探测等领域。

背景技术

航空、航天及航海的“三航”设备往往应用于极端环境(超高温、超低温、高辐射等)中，这给其运行的稳定性及安全性带来了极大的挑战。如“哥伦比亚”号的事故，正是由于脱落一块泡沫材料，撞击到航天飞机左翼前缘形成了裂缝，导致航天飞机在重返大气层时造成解体。由此可见，航天设备的破损检测技术，对于提高航天设备的安全性、稳定性尤为重要。目前，应用于航天设备的破损检测技术主要有以下几类：X射线探伤、超声探伤及荧光渗透探伤技术等，见文献：高铁成,郭恒飞,赵传阵,毕武,张威,“航天复合材料无损检测技术的发展现状”,天津工业大学学报,2017,36,71.。但以上的破损检测技术仅能应用于航天设备“发射前”或“回收后”，能应用于航天设备运行过程中的实时破损检测技术却鲜有报道。理想的航天设备实时破损检测技术有以下三个需求：1.即时响应性(一旦设备发生破损立即响应)；2.高灵敏度(微小伤痕即有明显响应)；3.信号易于监测(简易设备即可实现信号捕捉)。根据以上需求，基于有机摩擦发光材料的应力传感技术，极有望成为航天设备实时破损检测的重要手段。

摩擦发光也称力致发光，是指固体材料在外力(摩擦、拉伸、挤压、碰撞等)作用下，将机械能转化为光能并对外释放的过程，见文献：N.C.Eddingsaas,K.S.Suslick,“Lightfrom sonication of crystal slurries”Nature,2006,444,163.。与传统的发光材料相比，摩擦发光材料不仅激发方式独特(仅以机械能激发，无需外加电源或光源)，而且对外界应力刺激具有明显的响应性，在新型光源、生物成像、商标防伪、信息加密、应力传感、材料破损监测等领域也具有重要的潜在应用价值，见文献：Y.Xie,Z.Li,“Triboluminescence:recalling interest and new aspects”,Chem,2018,4,943.；刘明丽,吴琪,史慧芳,安众福,黄维,“有机/金属有机力致发光材料的研究进展”,化学学报,2018,76,246。摩擦发光材料根据其构成可分为无机摩擦发光材料和有机摩擦发光材料。其中，有机摩擦发光材料在发光波长调节、分子可修饰性、柔性器件制备及成本等方面具有明显的优势，具备广阔的市场前景和应用空间。

非晶态有机摩擦发光材料对外力刺激及基底材料的裂纹感应极为灵敏，并伴随着易于检测的荧光信号，在新型柔性应力传感器的研发和材料的高精度破损监测等领域具有广阔的应用前景。此外，该类材料还可以广泛应用于精密仪器与航天航空设备的微损探测以及生物体内应力探测。例如，基于此类材料的涂料可涂敷在飞机机翼，在风洞实验中，可通过机翼表面光强精准分析机翼应力分布；基于此类材料的柔性薄膜，可用于精密航空航天设备的异常抖动信号监测以及人体脉搏、心跳等生理信号的监测等。本发明提供一种利用柔性有机摩擦发光材料制备柔性应力响应型器件，应用于材料的高精度破损监测和精密仪器与航天航空设备的微损探测的方法。所涉及的柔性有机摩擦发光材料在非晶态下具有良好的摩擦发光性能和较高的荧光量子效率，可实现航天设备材料破损实时监测，极大地简化材料探伤过程，对提高航天航空设备的安全性和稳定性具有重要的研究价值和科学意义。

发明内容

要解决的技术问题