CN107119523A - 一种具有机械力响应的发光装置及其制备方法 - Google Patents

一种具有机械力响应的发光装置及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于智能材料技术领域，具体为一种具有机械力响应的发光装置及其制备方法。本发明以一种具有机械力响应发光的材料作为发光原材料，将其以一定比例分散在具有弹性的材料中制成发光膜，然后将该发光膜夹在表面有凹凸结构的图案层与透明的透光层之间，得到具有应力发光的地板砖类物体的核心部件。该发光装置在应力作用下可发出相应的光，光的颜色、亮度均可调节；显示的发光图案可以任意设计。这种结构简单、能感应机械力的发光地板砖在夜间具有装饰与指示作用。

Description

一种具有机械力响应的发光装置及其制备方法
技术领域
本发明属于智能材料技术领域，具体涉及一种具有机械力响应的发光装置及其制备方法。
背景技术
地板砖作为一种常见的建材用品，广泛运用于家庭装饰或者铺设道路。然而，目前绝大部分的地板砖结构简单、功能单一，且不具备智能响应性能。随着科技的发展，人们对生活品质的不断追求，未来的地板砖将会逐渐向功能化、智能化方向发展。智能响应的发光地板砖将会是一种发展方向。目前，大部分的发光地板砖直接将发光单元置于透明地板砖之下，形成可发光的地板，起到照明或指示的作用。然而，这一类地板砖中的发光器件多为电致发光机理，不具备节能、智能响应等特点。
不论是家用装饰性地板砖，还是铺设道路的地板砖，其主要作用是承受行人、车辆或者其他形式的机械应力。将这些在行走或者行驶过程中的机械能通过一种机械力响应的地板砖有效的将其转化为光能，不但能够起到节能环保的作用，还同时具有装饰地面，甚至起到警示或指示的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有机械力响应的发光装置及其制备方法。
本发明提供的具有机械力响应的发光装置的制备方法，具体步骤为：
（1）发光材料均匀分散在弹性材料中，制成平面状发光膜；
（2）制备具有凹凸结构的底板作为图案层；
（3）将图案层、发光层、透明层依次层层堆叠，通过封装或者其他方式固定形成一体；
本发明中，所述发光材料具有机械力发光机制，弹性材料具有较好的成膜性、透光性，发光材料可均匀分散在弹性透明材料或其前驱体中，发光材料与弹性材料的质量比为99:1-1:99，优选50:50-70:30。
本发明中，所述发光材料选自过渡金属元素掺杂的 ZnS 颗粒、稀土金属离子掺杂的碱土铝酸盐或硅酸盐等具有应力发光能力的材料；弹性材料选自各种型号的聚二甲基硅氧烷、聚氨酯透明弹性体。
本发明中，所述平面状发光膜通过热固化、融熔法或者溶液法制备；所述发光膜可为任意形状，如矩形、多边形、圆形等形状，膜大小任意；其厚度在0.1-10毫米，优选0.5-2毫米；该发光膜具有一定柔性，可产生弹性形变。
本发明中，所述弹性材料或其前驱体具有良好的成膜性，若采用聚二甲基硅氧烷均匀分散发光材料，则可将分散均匀的混合物倒入模具中，在60-90℃条件下固化0.1-3小时，优选70-80 ℃下固化0.5小时（图1）；若采用聚氨酯分散，则可采用湿法或者融熔法制备平面状的机械力发光膜。
本发明中，所述图案层材料具有一定刚性，图案层基底可为任意形状，任意大小；图案层厚度为0.1-100毫米，优选1-3毫米；图案由部分凸出构成，凸出部分可为任意形状，包括圆柱形，圆台形、多边形、锥形、球形及其他形状；凸出部分高度为50微米以上，优选1毫米；凸出部分面积占总面积的0.1%-99.9%，可根据机械力大小进行调节；该图案层可通过3D打印、模压成型、注塑等但不限于这些方法制备。
本发明中，所述透明层具有一定强度，透光率为50%-100%，优选90%-100%；透明层可为任意形状，任意大小；厚度为0.1-10厘米，优选0.5-2厘米，如采用0.8厘米厚的透明钢化玻璃；发光装置总厚度为0.1-50厘米，优选1-3厘米。
本发明中，所述发光装置包括图案层、发光层、透明层，一般图案层与发光层大小与形状相同，但较透明层小，可分为几部分置于透明层下方，透明层常为方形（图2）；三层结构可整体封装在盒子里形成一体，盒子材料为任意材料，包括木制、钢铁、铝合金、玻璃、塑料、水泥、陶瓷等；或者固定后，通过与其他力学装置联用，从而施加机械力到发光膜上，如通过力学杠杆传递机械力（图3）；或者将图案层、发光层、透明层均分割成小块，通过弹性材料包埋或者软连接等方式制备柔性化的发光装置（图4）。
本发明中，所述机械力包括压力、冲击力、摩擦力、弹力等；
最终形成的发光装置在压力、拉力、冲击力、摩擦力、弹力等机械力作用下而产生相应颜色的光，而后消失；当外界施加的机械力撤销后，其光再次产生，而后消失；光的颜色可通过采用不同种类的发光材料进行调节，包括红外、红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、紫色、紫外；或者通过混合不同比例、不同种类的发光材料制备混合色的发光效果；或者通过组合不同颜色的发光粉制备彩色的发光效果。此外，产生光的亮度随着施加的机械力的大小和频率的增加而增加；并且，这种发光装置的循环性能非常稳定。
本发明所述的具有机械力响应的发光装置，可作为装饰地板砖用于室内，或作为装饰或者指示装置等用于路面、广场等场所。
附图说明
图1为具有机械力响应的发光膜的制备方法。
图2为具有机械力响应的发光装置的结构示意图。
图3为基于力学杠杆的具有机械力响应的发光装置的结构示意图。
图4为具有应力响应的柔性发光装置的结构示意图。
图5为机械力响应发光地板砖铺成的路面示意图。
具体实施方式
实施例1
（1）基于聚二甲基硅氧烷材料的机械力响应发光膜的制备
配制聚二甲基硅氧烷前驱体溶液：量取5克弹性体与0.5克固化剂混合均匀。超声分散均匀，抽真空除去气泡，备用。称量8.75克ZnS:Cu发光粉，往其中加入3.75克聚二甲基硅氧烷前驱体溶液，混合均匀，将其倒入到一个7.5 cm×7.5 cm×0.1 cm的长方体模具内，在80℃下固化1小时，脱模即可得到机械力响应的发光膜。
（2）机械力响应发光地板砖的构建
通过3D打印的方法制备四个图案层，图案层基底厚0.2厘米，边长为7.5厘米，凸起部分为上直径为1毫米、下直径为1.5毫米、高为1毫米的圆台，若干圆台排列形成四个不同图案：“E”、“X”、“I”、“T”。在橡胶垫（40cm×40cm×0.2cm）四个角分别挖出边长为8厘米的框，将四个图案层嵌入其中固定。在图案层上面铺上制备好的发光膜，再放上一块钢化玻璃（40cm×40cm×0.8cm）。将以上三层结构的发光装置放入尺寸适当的模具中，形成一体。通过相同的方式制备多块机械力响应发光地板，可以铺成有图案的路面（图5）。
实施例2
（1）基于聚氨酯材料的机械力响应发光膜的制备
配制聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液：量取7.5克聚氨酯颗粒，溶解在12毫升N,N-二甲基甲酰胺中，在机械搅拌下溶解1个小时。称量16克ZnS:Mn发光粉，往其中加入配置好的17.3克聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液，混合均匀，将其倒入到一个10 cm×10 cm×1 cm的长方体模具内，然后以1:1的N,N-二甲基甲酰胺/蒸馏水的凝固浴固化30分钟，然后以蒸馏水为凝固浴再固化30分钟。取出后，在60℃下干燥至恒重，即可得到机械力响应的发光膜。
（2）基于力学杠杆的机械力响应发光装置的构建
通过3D打印的方法制备一个图案层，图案层基底厚0.2厘米，边长为10厘米，凸起部分为边长为1毫米的正方体，若干正方体排列形成一个图案：“旦”。将其固定在定制的力学杠杆的一端，将钢化玻璃（12cm×12cm×0.8cm）固定在支架上，钢化玻璃下面中间贴上发光层。
实施例3
（1）柔性发光地毯结构的设计
柔性透明层：将厚度为2.5毫米的聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）板材切割成边长为2厘米的方块，将有机玻璃方块相互间隔2厘米放置于模具（18cm×18cm×3mm）中，在模具中浇注超弹性聚二甲基硅氧烷前驱体，在80℃下固化2小时，脱模即可得到柔性的透光层。柔性发光层：将实施例1中所得到的发光膜裁切为边长为2厘米的方块，采取同实施例3柔性化透光层相同的方法，将块状发光膜封装在超弹性聚二甲基硅氧烷中。柔性图案层：在模具（18cm×18cm×0.6mm）中浇注超弹性聚二甲基硅氧烷前驱体，在此体系中均匀放入直径为0.6毫米的刚性金属颗粒，在80℃下固化2小时，脱模即可得到柔性的图案层。
（2）柔性发光地毯的构建
使用超弹性的聚二甲基硅氧烷将所制备的柔性透明层、柔性发光层和柔性图案层由上到下粘结，在80 ℃下固化2小时，取出即可。

Claims (10)

1.一种具有机械力响应的发光装置的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）发光材料均匀分散在弹性材料中，制成平面状发光膜；
（2）制备具有凹凸结构的底板作为图案层；
（3）将图案层、发光层、透明层依次层层堆叠，通过封装方式固定形成一体；
其中，所述发光材料具有机械力发光机理，弹性材料具有较好的成膜性、透光性，发光材料均匀分散在弹性材料中，发光材料与弹性材料的质量比为99:1-1:99。
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述发光材料选自过渡金属元素掺杂的 ZnS 颗粒、稀土金属离子掺杂的碱土铝酸盐或硅酸盐这些具有应力发光能力的材料；弹性材料选自各种型号的聚二甲基硅氧烷、聚氨酯透明弹性体。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述平面状发光膜通过热固化、融熔法或者溶液法制备；该膜为任意形状，任意大小；其厚度在0.1-10毫米，具有一定柔性，可产生弹性形变。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述图案层中图案具有一定刚性，图案层为任意形状，任意大小；厚度为0.1-100毫米；图案由部分凸出构成，凸出部分为任意形状，凸出部分高度为50微米以上，凸出部分面积占总面积的0.1%-99.9%。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述透明层具有一定强度，透光率为50%-100%，透明层为任意形状，任意大小，厚度为0.1-10厘米。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述发光装置通过封装形成一体；或者固定好，通过与其他力学装置联用，从而将所施加的机械力传递到发光膜上。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：图案层、发光层、透明层还可通过弹性材料包埋或者软连接方式制备柔性化的发光装置。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：通过采用不同种类的发光材料调节机械力发光的颜色，包括红外、红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、紫色、紫外；或者通过混合不同比例、不同种类的发光材料制备混合色的发光效果；或者通过组合多种颜色的发光材料制备彩色发光膜的发光效果。
9.一种由权利要求1-8之一所述的制备方法制备的具有机械力响应发光的装置。
10.一种如权利要求9所述的具有机械力响应的发光装置，作为室内地板砖，或路面、场地装饰或者指示装置的应用。
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