[发明专利]一种锗酸盐弹性应力发光材料的制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种锗酸盐弹性应力发光材料的制备方法与应用。所述发光材料的化学式为Li₂Zn_1‑xGeO₄:xMn²⁺，其中0＜x＜0.5，x为摩尔含量。制备：各元素按照化学计量比称取原料，充分研磨后，进行低温预烧和高温煅烧两个阶段，最终得到目标产物。该材料的制备简单、化学性质稳定、对环境无害，且具有较强的余辉和应力发光强度。利用其长余辉与应力发光特性，分别设计了二维码标签和个性化签名两个实际应用，这表明该材料在光学防伪和信息加密领域有潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于新型无机功能材料的技术领域，具体涉及一种锗酸盐弹性应力发光材料的制备方法与应用。

背景技术

应力发光(Mechanoluminescence，简称ML)材料是一种能够将机械能转换为光能的新型固体材料。根据形变程度与可恢复性，应力发光材料可分为破坏性应力发光和非破坏性应力发光材料。破坏性应力发光，包括断裂发光和摩擦发光两种发光方式。非破坏性应力发光又分为可恢复的弹性应力发光和不可恢复的塑性应力发光。弹性应力发光材料具有无损探伤、可重复性、实时响应、亮度高、无丝无电极等特点，因此其在结构损伤诊断、电子签名、人造皮肤和光学防伪等领域有广阔的应用前景。特别是，在弹性形变范围内，弹性应力发光材料的应力发光强度与形变量呈正比，能够实时监测应力的分布情况，可应用于实时应力传感器。

自从17世纪初Bacon等人在方糖表面发现应力发光现象以来，人们对应力发光材料的组成、结构、发光机理和实际应用等方面开展了大量工作，开发出多种应力发光材料。然而，多数应力发光材料属于断裂应力发光或塑性应力发光，且其应力发光亮度极其微弱，难以在实际生活中得到广泛应用。目前，已报道的弹性应力发光材料主要有SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺,ZnS:Cu/Mn²⁺,LiNbO₃:Pr³⁺,CaZnOS:Ln³⁺(Ln³⁺＝Eu³⁺,Sm³⁺,Tb³⁺,Dy³⁺)。其中,SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺和ZnS:Cu/Mn²⁺的应力发光性能最为优良，具有灵敏度高和发光强度强等优点。但是，SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺应力发光材料要求在还原气氛下烧结，制备工艺较为复杂，成本较高。硫化物ZnS:Cu/Mn²⁺有腐蚀性，有毒，化学稳定性较差，可能造成严重的环境污染。

发明内容

本发明的目的是解决现有应力发光材料的制备方法复杂、成本高以及可能造成的环境污染等问题，提供一种锗酸盐弹性应力发光材料的制备方法与应用。该材料的制备方法简单，可在空气条件下实现四价锰离子到二价锰离子的自还原。该材料弹性应力发光强度高，化学性质稳定，无毒，可对不同形式的机械力作用(如：摩擦、撞击等)直接响应，在暗室中可观测到高亮度的应力发光。由于该材料具有长余辉和应力发光特性，分别设计了光学防伪二维码和个性化签名的应用。

本发明的技术方案：