CN103194223A - 具有长余辉和应力发光性能新型双功能紫外发光材料 - Google Patents

具有长余辉和应力发光性能新型双功能紫外发光材料 Download PDF

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张洪武
徐斌
房立均
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Abstract

本发明涉及发明一种同时具有长余辉和应力发光性能的新型紫外发光材料。所述的发光材料它具有aSrO.bMgO.cSiO2.dMeIII 2O3.xCeO2.yRe2O3的化学组成式。其中，MeIII为选自Al，Ga，B，V中的一种或多种的元素；Re为选自Y，La，Pr，Nd，Sm，Ho，Gd，Sc，Tm，Dy，Lu中的一种或多种元素；a、b、c、d、x、y为摩尔数，并且1≤a≤3，0.8≤b≤1.2，1.5≤c≤3，0.01≤d≤0.1，0.001≤x≤0.1，0.001≤y≤0.3。将光谱纯母体材料与激活剂、共激活剂以及助熔剂进行充分研磨，选择空气、氢气、氢气氮气以及氢气氩气混合气，在500~1000度预烧2~6小时，冷却致室温，取出后再次充分研磨并混合均匀，800~1300度烧结4~10小时，将样品取出研磨即得样品。所合成的材料具有长余辉性能，并对应力有很灵敏的响应。

Description

具有长余辉和应力发光性能新型双功能紫外发光材料
技术领域
本发明涉及发明一种同时具有长余辉和应力发光性能的新型紫外发光材料。所述的发光材料它具有SrO.bSiO2.cMe2O3.xCeO2.yRe2O3的化学式。更详细地说，本发明涉及通过添加不同的化学元素来改变发光材料的结构，进而实现同时具有长余辉和应力发光性能的双功能紫外发光材料。
背景技术
长余辉发光纳米材料具有优异的长余辉发光性能，在很多领域中都有广泛的应用。但是传统的长余辉发光材料，种类较少，发光颜色也局限于绿色、蓝色、红色等几种颜色；如何能开发全颜色的长余辉发光材料是目前发光界研究的一个热点。应力发光（mechanoluminescence）是指发光体在受到各种应力力，如膨胀、拉伸、断裂、摩擦甚至声音的振动等作用下而产生发光，即机械能能转化为光能的一种形式。应力发光强度与形变的大小成正比，在损坏程度不同部位的发光强度也会不同，因而利用发光可反映在各种力的作用下物体的形变。这些特性使应力发光材料具备了作为一种探测物体损伤程度的传感器的可能。几年来，随着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快速发展，在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，方便地探寻到隐患部位，以便及时进行修补，起到防患于未然的效果。应力发光传感器能够实时地反映物体的应力形变，从而可开发新型应力发光传感器来对检测物动态过程的疲劳程度。但由于应力发光是一种新型的发光现象，目前研究较少，所开发的应力发光材料种类稀少，并且发光强度远远达不到应用的要求。开发同时具有长余辉和应力发光性能新型双功能紫外发光材料，可以作为紫外光源材料来激发其他颜色的发光材料，从而实现全颜色长余辉以及应力发光材料开发的可能。同时所开发的具有应力发光性能紫外发光材料可以作为激发光源来激发光催化剂来除去某些特殊环境中污染物，如地铁通道、公路隧道内的尾气污染。
发明内容
本发明开发新型具有长余辉和应力发光性能的新型紫外发光材料aSrO.bSiO2.cMe2O3.xCeO2.yRe2O3。利用SrMgSi2O6:Ce作为母体材料，通过加入不同的元素来改变材料的结构以及材料中电子-空穴对密度，从而实现同时具有长余辉和应力发光性能的硅酸盐发光材料。已经取得的结果表明所开发的材料具有高的应力发光强度、较长的余辉时间，应力发光、余辉以及光致发光谱均在紫外区，位于347nm处。
附图说明
图1是实施例1中样品的荧光光谱图。
图2是实施例1中样品的长余辉衰减曲线图。
图3是实施例1中样品的应力发光曲线图。
具体实施方式
实施例1
以Sr1.98MgSi1.95Al0.05O6:Ce0.01,Dy0.01为例，通过典型固体合成方法来合成。即将分析纯的SrCO3、MgO、SiO2、Al2O3、CeO2、Dy2O3按摩尔比例加入乙醇进行充分研磨混合后，800度进行预烧2小时，然后再进行充分研磨，放入气氛炉氢气气氛1200度焙烧4小时，得到所需要的样品。将所得到的样品进行荧光性能测试（见附图1，图2），结果表明所开发的样品在347nm处有很强的发光，并且余辉可以持续3个小时。将所得到发光粉末样品与高弹性树脂混合（质量比1：3）制备长方形模块（4X2X2cm）。并利用自制仪器对其进行应力发光试验测试，结果（见图3）表明应力发光波长与光致发光波长一致，位于347nm,并对应力有很高的感应度（1000N,1.2×106cps）。
实施例2
按照化学式Sr1.98MgSi1.95Ga0.05O6:Ce0.01,La0.01按摩尔比准确称取分析纯的SrCO3、MgO、SiO2、Ga2O3、CeO2、La2O3加入乙醇进行充分研磨混合后，800度进行预烧2小时，然后再进行充分研磨，放入气氛炉氢气气氛（H2/Ar）1200度焙烧4小时，得到所需要的样品。将所得到的样品进行荧光性能测试，结果表明所开发的样品在347nm处有很强的发光，并且余辉可以持续3.5个小时。将所得到发光粉末样品与高弹性树脂混合（质量比1：3）制备长方形模块（4X2X2cm）。并利用自治仪器对其进行应力发光试验测试，结果表明应力发光波长与光致发光波长一致，位于347nm,并对应力有很高的感应度（1000N,9×105cps）。
实施例3
按照化学式Sr1.98MgSi1.95B0.05O6:Ce0.01,Ho0.01按摩尔比准确称取分析纯的SrCO3、MgO、SiO2、B2O3、CeO2、Ho2O3加入乙醇进行充分研磨混合后，800度进行预烧2小时，然后再进行充分研磨，放入气氛炉氢气气氛（H2/Ar）1200度焙烧4小时，得到所需要的样品。将所得到的样品进行荧光性能测试，结果表明所开发的样品在347nm处有很强的发光，并且余辉可以持续3个小时。同样的应力发光性能测试表明所制备的样品具有高的应力发光性能（1000N,2.1×106cps）。
本发明中的所功能紫外发光材料具有如下的优越性能：
1.  具有高的应力发光性能，在低的机械力（1000N）作用下，其应力发光强度超过1.5×106cps。
2.  具有良好的耐水性，发光材料在沸腾水溶液中其pH值也保持不变。
3.  具有高的光稳定性和热稳定性，其在423K仍能保持较高的应力发光性能（1000N,高于1.5×106cps）。
鉴于本发明材料所具有的优异性能，其应用范围可以进一步扩大，如可以应用于（1）道路标志牌、桥梁标志、多颜色警报标志等；（2）可以用于公路隧道等光弱空间的激发光源来激发光催化剂除去污染物；（3）可以用于各种杀菌；（4）可用于作为传感器材料来监测物体的振动。具有非常好的应用前景。 

Claims (7)

1.一种以碱土金属硅酸盐为基质的同时具有长余辉和应力发光性能紫外发光材料，具有以下结构式：
aSrO.bMgO.cSiO2.dMeIII 2O3.xCeO2.yRe2O3，
式中MeIII为三价阳离子，ReIII为三价稀土元素，a、b、c、d、x、y指相应掺杂离子的摩尔数1≤a≤3, 0.8≤b≤1.2, 1.5≤c≤3, 0.01≤d≤0.1, 0.001≤x≤0.1, 0.001≤y≤0.3。
2.根据权利要求1所述双功能紫外发光材料，其特征在于，所述MeIIIAl,Ga,B,V中的一种或多种的元素。
3.根据权利要求1所述双功能紫外发光材料，其特征在于，所述ReIII为选自Y,La,Pr,Nd,Sm,Ho,Gd,Sc,Tm,Dy,Lu中的一种或多种元素。
4.一种制备上述双功能紫外发光材料的方法，按权利要求1所述的组成和比例称取相应元素的碳酸盐、氧化物、硝酸盐或氯化物的混合物，研磨并混合均匀后，选择空气、氢气、氢气氮气以及氢气氩气混合气，在500~1000度预烧2~6小时，冷却致室温，取出后再次充分研磨并混合均匀，800~1300度烧结4~10小时，将样品取出研磨即得样品。
5.根据权利要求1所述的双功能紫外发光材料的应用，其特征在于用于作为光源来激发起他颜色发光材料，从而开发全颜色长余辉发光材料。
6. 根据权利要求1所述的双功能紫外发光材料的应用，其特征在于用于作为应力发光光源来激发起他颜色发光材料，从而开发全颜色应力发光材料。
7.根据权利要求1所述的双功能紫外发光材料的应用，其特征在于用于作为光源来激发光催化剂，从而在某些光弱的特定环境（如公路隧道、地铁通道等）下除去污染物。
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