[发明专利]一种提高低温陷阱数量的青色力致发光材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种提高低温陷阱数量的青色力致发光材料，属于材料损伤检测技术领域，其化学通式为Basubgt;(1‑X)/subgt;Sisubgt;(2‑Y)/subgt;Osubgt;2/subgt;Nsubgt;2/subgt;:Eusupgt;2+/supgt;subgt;(X)/subgt;Gasupgt;3+/supgt;subgt;(Y)/subgt;，其中，X的取值范围为：0.001≤X≤0.25，Y的取值范围为：0.0001≤Y≤0.1；其陷阱分布范围为‑270℃至400℃。本发明还提供了上述青色力致发光材料的制备方法和应用。本发明的青色力致发光材料存在‑270℃至400℃连续分布的陷阱能级，特别是‑270℃至‑70℃的陷阱能级，使用Eusupgt;2+/supgt;作为光吸收中心，吸收可见光后将能量存储于电子陷阱中，用于后续的检测应用，通过引入Gasupgt;3+/supgt;离子替代Sisupgt;4+/supgt;，形成电荷不平衡取代，可以增加氧缺陷等，增加‑270℃至‑70℃的极浅能级数量，提高了低温下损伤检测的灵敏度，扩大了应力承受范围，更有利于低温下的损伤检测应用。

技术领域

本发明属于材料损伤检测技术领域，涉及一种提高低温陷阱数量的青色力致发光材料及其制备方法和应用。

背景技术

力致发光材料用于材料损伤检测是一种常用的技术方案。其原理是将力致发光材料涂覆或内置于待检测材料表面或者内部，当材料发生断裂或者损伤时将释放一定大小的应力，在该应力的作用下，力致发光材料在局部实现发光，由此可观察到损伤的部位，且由于力致发光材料的发光强度与作用力大小成正比，可通过对力致发光材料发光强度的比对，评估受损伤程度。

力致发光材料的原理是在发光材料中存在陷阱能级，当发光中心的电子在特定波长的激发下发生离子化，由发光中心转移到陷阱能级，并储存起来。在外力作用下，电子可从陷阱能级释放，并回到发光中心离子，重新实现发光。陷阱能级的深度及数量决定了力致发光材料的发光亮度和应用场景。

目前的力致发光材料主要应用于室温场景，然而实际应用中存在许多室温以下极低温应用的场景，例如，在实验室及工厂，低温疫苗罐的温度将降至-196℃(液氮)和-270℃(液氦)，其稳定维护具有重要意义。卫星和航天设施在模拟极端温度下的材料检测时，需要下探到绝对零度(-273.15℃)。在此类应用中均需要极低温应力检测发光材料。

陷阱能级的数量是力致发光材料的重要指标，可通过热释光谱的强度来表征。其原理是陷阱能级中的电子除了可以被应力提取，也可以通过热涨落，被温度变化提取。当对力致发光材料升温后，不同深度陷阱内的电子将在热量的作用下逐步释放，陷阱越深，需要的温度越高。通过记录不同温度下的发光强度，即可获知不同深度陷阱的数量。

为实现高亮度的力致发光材料，通过技术手段增加陷阱能级的数量可提高发光亮度，具有巨大的应用意义，可解决目前力致发光材料必须在特别黑暗的环境中才能观察到发光的问题，拓展力致发光材料的应用范畴。

发明内容

有鉴于此，本发明将提供一种提高低温可使用的陷阱数量的青色力致发光材料及其制备方法和应用，提供的一种青色力致发光材料通过掺杂Ga³⁺提高-270℃至400℃连续分布的陷阱能级，尤其具有-270℃至-70℃的极浅陷阱能级，提高极低温(低于-70℃)材料损伤检测的灵敏度和发光亮度。

为实现上述目的，本发明提供一种青色力致发光材料，其化学通式为Ba_(1-X)Si_(2-Y)O₂N₂:Eu²⁺_(X)Ga³⁺_(Y)，其中，X的取值范围为：0.001≤X≤0.25，Y的取值范围为：0.0001≤Y≤0.1；其陷阱分布范围为-270℃至400℃，尤其-270℃至-70℃的极浅陷阱能级数量显著提升。

本发明还提供一种如上所述的青色力致发光材料的制备方法，包括以下步骤：