一种力致发光材料、制备方法及其在集成传感方面的应用

本发明涉及发光材料，尤其涉及一种力致发光材料、制备方法及其在集成传感方面的应用。

背景技术：

1、温度与速度是常见且关键的物理指标，在精密仪器及大型机械的高速运转过程是重要的监测指标。实时监测轴承部件的温度与速度，以规避超温、超速对设备的损伤及安全事故的发生是实验研究、运输以及工业制造业等领域关注的重点问题。但目前对温度与速度的获取大多借助两套独立的传感系统，需要分别进行探测与算法分析。随着科技的发展，人们对传感的需求极大提高，简洁集成的传感器件和监测方法成为追求的主要目标。

2、采用电子信号的传统电阻式和电容式传感器具有容易受到电磁、杂散电容和热干扰的缺点，因此如何提供稳定的新型传感方式成为亟需解决的技术问题。力致发光材料是一类在机械刺激下发射光子的智能传感材料。基于力致发光材料制备的应力传感器由于具有不需要动力驱动、功耗低等优点，得到了广泛的关注和应用。然而目前力致发光材料几乎只应用于应力传感中，在少数情况下，温度传感是通过额外的激发光源及算法的上/下转换发光实现的，并且需要单独探测应力的系统，上述局限性影响了力致发光材料在真实场景中的应用。

3、因此，如何提供一种力致发光材料及其制备方法以使其能够应用于集成传感方面是目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提供一种力致发光材料；本发明的第二个目的在于提供一种力致发光材料的制备方法；本发明的第三个目的在于提供一种力致发光材料在集成传感方面的应用。

2、为了实现第一个目的，本发明所采取的技术方案为：

3、一种力致发光材料，所述力致发光材料的化学表达式为：cs3gdge3o9:xtb3+,yeu3+,zna+;

4、其中，化学表达式中的tb3+为激活剂，cs3gdge3o9（缩写为cggo）为基质，eu3+提供第二发光中心，通过na+对cs+的取代调控缺陷能级含量及分布，用以实现所述力致发光材料的颜色可调；

5、以摩尔百分含量计：0＜x＜0.5，0≤y＜0.5，0≤z＜0.5。

6、进一步地，0.01≤x≤0.15。

7、进一步地，0≤y≤0.20。

8、进一步地，0≤z≤0.20。

9、本发明的第二个目的，在于提供一种力致发光材料的制备方法；

10、一种力致发光材料的制备方法，用于制备上述力致发光材料，包括如下步骤：

11、s100、按化学计量比称取原料，在研钵内研磨、混合均匀，得到第一混合粉体；

12、s200、将第一混合粉体转移至坩埚后放入马弗炉中，在空气条件下预烧至500℃～600℃，保温12h～24h后，冷却至室温，得到第二混合粉体；

13、s300、将第二混合粉体在研钵内研磨均匀后，转移至坩埚中，放入马弗炉中，在空气条件下以1℃/min～5℃/min的升温速率升温至1000℃～1150℃，保温烧结反应12h～24h后，冷却至室温，得到块状力致发光材料。

14、进一步地，还包括：

15、s400、将块状力致发光材料研磨均匀，得到力致发光材料粉体。

16、进一步地，s100中和s300中的研钵均为玛瑙研钵。

17、为了实现第三个目的，本发明所采取的技术方案为：

18、一种力致发光材料在集成传感方面的应用，所述力致发光材料为上述力致发光材料。

19、进一步地，所述应用包括在监测转动物体转速和表面温度中的应用。

20、进一步地，所述应用包括在监测转动物体转速和环境温度中的应用。

21、本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

22、本发明提供的力致发光材料cs3gdge3o9:xtb3+,yeu3+,zna+（简写为cggten），在单色力致发光荧光粉cs3gdge3o9:xtb3+（简写：cggt）中利用镧系离子eu3+的共掺引入第二种特征发射波段及阳离子na+的取代调控有利缺陷，实现力致发光的色度可调，调控方法简单，效果可通过掺杂浓度有效调节。

23、通过对cggten的温度响应情况及灵敏度分析和cggten的速度响应情况及置信区间的分析，结果表明cggten具有优秀的温敏力致发光变色性能，表现出出色的传感能力，力致发光颜色变化明显因此显现出温度变化的可视性，速度与温度监测同时进行，及超高的测温灵敏度，力致发光与摩擦速度呈线性相关。因此，本发明提供的力致发光材料具有温度、速度传感的潜力，有望在集成传感方面获得应用。

24、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种力致发光材料，其特征在于，所述力致发光材料的化学表达式为：cs3gdge3o9:xtb3+,yeu3+,zna+;

2.如权利要求1所述的一种力致发光材料，其特征在于，0.01≤x≤0.15。

3.如权利要求1所述的一种力致发光材料，其特征在于，0≤y≤0.20。

4.如权利要求1所述的一种力致发光材料，其特征在于，0≤z≤0.20。

5.一种力致发光材料的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1至4任一项所述的力致发光材料，包括如下步骤：

6.如权利要求5所述的一种力致发光材料的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：

7.如权利要求5所述的一种力致发光材料的制备方法，其特征在于，s100中和s300中的研钵均为玛瑙研钵。

8.一种力致发光材料在集成传感方面的应用，其特征在于，所述力致发光材料为权利要求1至4任一项所述的力致发光材料。

9.如权利要求8所述的一种力致发光材料在集成传感方面的应用，其特征在于，所述应用包括在监测转动物体转速和表面温度中的应用。

10.如权利要求8所述的一种力致发光材料在集成传感方面的应用，其特征在于，所述应用包括在监测转动物体转速和环境温度中的应用。

技术总结本发明涉及发光材料技术领域，尤其涉及一种力致发光材料、制备方法及其在集成传感方面的应用，上述力致发光材料的化学表达式为：Cs<subgt;3</subgt;GdGe<subgt;3</subgt;O<subgt;9</subgt;:xTb<supgt;3+</supgt;,yEu<supgt;3+</supgt;,zNa<supgt;+</supgt;；化学表达式中的Tb<supgt;3+</supgt;为激活剂，Cs<subgt;3</subgt;GdGe<subgt;3</subgt;O<subgt;9</subgt;为基质，Eu<supgt;3+</supgt;提供第二发光中心，通过Na<supgt;+</supgt;对Cs<supgt;+</supgt;的取代调控缺陷能级含量及分布，可实现力致发光材料的颜色可调；以摩尔百分含量计：0＜x＜0.5，0≤y＜0.5，0≤z＜0.5；本发明提供的制备方法制备出的力致发光材料在单色力致发光荧光粉Cs<subgt;3</subgt;GdGe<subgt;3</subgt;O<subgt;9</subgt;:0.03Tb<supgt;3+</supgt;中利用镧系离子Eu<supgt;3+</supgt;的共掺引入第二种特征发射波段及阳离子Na<supgt;+</supgt;的取代调控有利缺陷，实现力致发光的色度可调，调控方法简单，效果可通过掺杂浓度有效调节；本发明提供的力致发光材料具有温度、速度传感的潜力，有望在集成传感方面获得应用。技术研发人员：武莉,高静怡,贾振威,崔钰,张毅受保护的技术使用者：南开大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20