[发明专利]一种具有弹性应力发光性能的铌酸盐发光材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于应力发光功能材料科学技术领域，涉及一种具有弹性应力发光性能的铌酸盐发光材料及其制备方法。

背景技术

应力发光(mechanoluminescence)是指物体在受到各种应力作用，如膨胀、拉伸、断裂、摩擦甚至声音震动等作用下而发出光线，即机械能转化为光能。根据材料产生应力发光时的形变程度，应力发光材料可以分为破坏性应力发光和非破坏性应力发光，而非破坏性应力发光又可以分为弹性应力发光和塑性应力发光。虽然对弹性应力发光材料的研究只有十几年的历史，但是由于弹性应力发光材料所具有的特性，例如在弹性形变限度内，其发光光强和形变程度成正比，并且对检测物体没有损坏，可以根据材料的这一特点将其制作成传感器，用来监测部件各个位置的应力分布情况，实现应力分布可视化实时监测；当所受应力强度增大到超出材料弹性形变范围到达塑性和破坏性变形区域时，弹性应力发光材料又同时兼顾了塑性应力发光材料和破坏性应力发光材料的特点，这将有利于探测各种不同结构的弹性形变、塑性形变和破坏性形变，可用于待测物体受力及受损情况的实时监测。

传统电信号测量物体的受力情况，需要电极与待测物体之间点对点的物理接触，而且受物体运动状态和形状的限制，很多情况下无法进行测试，例如工作中的发动机等。而利用弹性应力发光材料测量物体的受力情况时，可以克服这些缺点，并且能实现远程监控，提高了应力分布的空间分辨率，在动态物体三维空间应力分布的可视化测量方面具有广阔的应用前景。近年来，随着弹性应力发光材料合成和开发技术的提高，CCD照相机和光纤技术的迅速发展，在弹性应力发光传感器的检测过程中，可利用照相技术，把大面积形变可视化，方便查找到隐患部位，以便及时进行修补，起到防患于未然的效果。弹性应力发光传感器能够实时地反应物体的应力形变，从而可开发新型应力发光传感器来检测物体动态过程的疲劳程度。但是由于弹性应力发光是一种新型的发光现象，目前研究的较少，已知的弹性应力发光材料有发黄光的ZnS：Mn²⁺，发红光的(Ba，Ca)TiO₃：Pr³⁺，发绿光的SrAl₂O₄：Eu²⁺，发红橙色光的Sr₃Sn₂O₇：Sm³⁺，发蓝绿色光的BaS₂O₂N₂：Eu²⁺等，但是相对来说，所开发的弹性应力发光材料种类较少，发出的光线波长种类有限，并且发光强度很难达到实际应用的要求，所以本领域急需开发出新型弹性应力发光材料，特别是发光强度高的弹性应力发光材料。

发明内容

本发明的目的在于公开一种具有弹性应力发光性能的铌酸盐发光材料及其制备方法。该材料以铌酸钙CaNb₂O₆为基体，以稀土离子Pr³⁺为激活剂，其化学表达式为[(Ca_1-xM_x)_1-z]Nb₂O₆：(Pr_1-yR_y)_z(0≤x≤0.2，0≤y≤0.5，0＜z≤0.1)，其中M表示Ca位替代元素，选自Mg、Sr、Ba中的一种或多种；R表示共掺杂的稀土或过渡金属元素，选自La、Nd、Sm、Eu、Gd、Yb、Lu、Cr、Mn、Ag、Cd中的一种或多种；x、y、z表示摩尔百分含量。

本发明所公开的具有弹性应力发光性能的铌酸盐发光材料采用高温固相法在空气中合成。制备过程包括以下步骤：

a)按元素化学计量比分别称取原料，加入适量去离子水或无水乙醇，充分研磨后烘干得到混合粉料；

b)将步骤a)所得的粉料在空气中于800～1000℃下预烧，预烧保温时间为3～6小时；

c)将冷却后的预烧产物研磨混匀后，在空气中于1200～1500℃下煅烧，煅烧保温时间为3～8小时；

d)将步骤c)得到的煅烧产物冷却后研磨成粉即得到具有弹性应力发光性能的铌酸盐发光材料。

制备具有弹性应力发光性能的铌酸盐发光材料方法，其特征在于，Ca、Mg、Sr和Ba采用其氧化物或碳酸盐为原料，Nb采用其氧化物为原料，Pr和共掺杂的稀土和过渡金属元素采用其氧化物、硝酸盐、或碳酸盐为原料。