CN107760304A - 一种高亮度且颜色可调的机械发光材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高亮度且颜色可调的机械发光材料及其制备方法。该发光材料用A 1‑ x Ln x BAl 3 O 7 表示，其中A代表元素Ca或Sr，B代表元素La或Y，Ln代表Ce、Tb、Dy、Pr以及Eu中的一种，x的取值范围为0≤x≤0.01。发光材料在摩擦力、压力或冲击力的作用下可以产生明亮的机械发光，并且通过改变材料的化学组成可以实现机械发光颜色的调控，解决了现阶段无机体系机械发光材料种类单一、发光颜色单调、发光强度低等问题。

Description

一种高亮度且颜色可调的机械发光材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高亮度且颜色可调的机械发光材料及其制备方法，具体涉及一种可在机械力作用下产生高亮度、多色化发光的材料及其制备方法。
背景技术
机械发光是指材料在受到研磨、挤压、冲击、摩擦等机械刺激时所引起的光发射现象。机械发光材料在力学传感、工程与生物结构损伤探测、应力记录与内应力检测、风能利用等方面具有很大的应用价值，其研究近年来受到广泛关注（参见：C.-N. Xu, T.Watanabe, M. Akiyama and X.-G. Zheng, Applied Physics Letters, 1999, 74,2414; D. Peng, B. Chen and F. Wang, ChemPlusChem, 2015, 80, 1209-1215）。
目前已报道的机械发光材料包括有机和无机两大类，其中，有机体系机械发光材料合成过程复杂、发光不稳定，且该类材料的机械发光均伴随着大尺寸晶体的表/界面断裂与结构坍塌，因而其机械发光过程不可逆，难以实现有效利用。目前已开发的无机体系机械发光材料虽然合成过程较为简便，但仍然存在着材料种类单一、发光颜色单调、发光强度低等问题。因此，迫切需要开发出高亮度且发光颜色丰富的无机体系机械发光材料。
发明内容
本发明的目的是为了解决现阶段无机体系机械发光材料种类单一、发光颜色单调、发光强度低的问题，提供一种高亮度且颜色可调谐的无机机械发光材料及其制备方法。
一种高亮度且颜色可调的机械发光材料，其特征在于该发光材料用A 1-x Ln x BAl 3 O 7 表示，其中A代表元素Ca或Sr，B代表元素La或Y，Ln代表Ce、Tb、Dy、Pr以及Eu中的一种，x的取值范围为0≤x≤0.01。
本发明所述的发光材料为粉体材料，在摩擦力、压力或冲击力的作用下可以产生明亮的机械发光，通过调节其化学组成可以获得丰富的发光颜色。
一种高亮度且颜色可调的机械发光材料的制备方法，其特征在于该方法依次步骤为：
1）以A 1-x Ln x BAl 3 O 7 表示，其中A代表元素Ca或Sr，B代表元素La或Y，Ln代表Ce、Tb、Dy、Pr以及Eu中的一种，x的取值范围为0≤x≤0.01，按照A元素的碳酸盐，B元素、Ln元素以及Al元素的氧化物为原料，按照化学计量比称取后，进行充分研磨，获得混合物样品；
2）将步骤1中的混合物样品置于高温管式炉中，在氢气与氮气混合还原气氛中进行煅烧，待反应完全后冷却至室温，经研磨得到机械发光粉体材料。
上述步骤2）中氢气与氮气的体积比为1:8-10。
上述步骤2）中的煅烧温度为1500-1700℃，煅烧时间为3-5小时。
本发明的发光材料在摩擦力、压力或冲击力的作用下可以产生明亮的机械发光，并且通过改变材料的化学组成可以实现机械发光颜色的调控，解决了现阶段无机体系机械发光材料种类单一、发光颜色单调、发光强度低等问题。
本发明所述的机械发光材料A 1-x Ln x BAl 3 O 7 , 其发光性能在于：
1）制备的A 1-x Ln x BAl 3 O 7 （A=Sr、Ca; B=La、Y;Ln= Ce、Tb、Dy、Pr、Eu; x=0）材料在摩擦力、压力或冲击力作用下表现出明亮的蓝色发光；
2）制备的A 1-x Ln x BAl 3 O 7 （A=Sr、Ca; B=La、Y;Ln= Ce、Tb、Dy、Pr、Eu; x=0.01）材料在摩擦力、压力或冲击力作用下表现出明亮的蓝色、绿色、红色或白色发光。
附图说明
图1为制备的A 1-x Ln x BAl 3 O 7 （A=Sr、Ca; B=La、Y;Ln= Ce、Tb、Dy、Pr、Eu; x=0）机械发光材料在表面摩擦作用下的发射光谱及照片。
图2为制备的A 1-x Ln x BAl 3 O 7 （A=Sr、Ca; B=La、Y;Ln= Ce、Tb、Dy、Pr、Eu; x=0.01）机械发光材料在表面摩擦作用下的发射光谱及照片。
图3为制备的A 1-x Ln x BAl 3 O 7 （A=Sr、Ca; B=La、Y;Ln= Ce、Tb、Dy、Pr、Eu; x=0.01）机械发光材料在表面摩擦作用下的发射光谱及照片。
图4为制备的A 1-x Ln x BAl 3 O 7 （A=Sr、Ca; B=La、Y;Ln= Ce、Tb、Dy、Pr、Eu; x=0.01）机械发光材料在表面摩擦作用下的发射光谱及照片。
具体实施方式
实施例1: A 1-x Ln x BAl 3 O 7 （A=Ca; B=Y; Ln=Ce、Tb、Dy、Pr、Eu; x=0）机械发光材料的制备
称取CaCO30.6005克、Al2O30.9176克、Y2O30.6773克，在玛瑙研钵中充分研磨，之后转移至刚玉坩埚，在氢气和氮气比例为1:9的还原气氛下进行煅烧，煅烧温度为1600℃，保温时间为4小时，待反应完成后，冷却至室温，将样品取出，转移至陶瓷研钵充分研磨，最后得到CaYAl3O7机械发光粉体。
实施例2：A 1-x Ln x BAl 3 O 7 （A=Ca; B=Y; Ln=Ce; x=0.01）机械发光材料的制备
将实施例1中“CaCO30.6005克”换成“CaCO30.5945克”，再增加“Ce2O3 0.0103克”，改变煅烧温度为1550℃，保温时间为4.5小时，其余制备条件与实施例1相同，得到Ca0.99Ce0.01YAl3O7机械发光粉体材料。
实施例3：A 1-x Ln x BAl 3 O 7 （A=Ca; B=Y; Ln=Tb; x=0.01）机械发光粉体材料的制备
将实施例1中“CaCO30.6005克”换成“CaCO30.5945克”，再增加"Tb4O7 0.0111克”，改变煅烧温度为1500℃，保温时间为4小时，其余制备条件与实施例1相同，得到Ca0.99Tb0.01YAl3O7机械发光粉体材料。
实施例4至实施例18：制备条件与以上实施例皆相同，其化学组成和机械发光颜色都列于表1中。
表1实施例1-18的化学式和机械发光颜色
。

Claims (4)

1.一种高亮度且颜色可调的机械发光材料，其特征在于该发光材料用A 1-x Ln x BAl 3 O 7 表示，其中A代表元素Ca或Sr，B代表元素La或Y，Ln代表Ce、Tb、Dy、Pr以及Eu中的一种，x的取值范围为0≤x≤0.01。
2.如权利要求1所述的一种高亮度且颜色可调的机械发光材料的制备方法，其特征在于该方法依次步骤为：
1）以A 1-x Ln x BAl 3 O 7 表示，其中A代表元素Ca或Sr，B代表元素La或Y，Ln代表Ce、Tb、Dy、Pr以及Eu中的一种，x的取值范围为0≤x≤0.01，按照A元素的碳酸盐，B元素、Ln元素以及Al元素的氧化物为原料，按照化学计量比称取后，进行充分研磨，获得混合物样品；
2）将步骤1中的混合物样品置于高温管式炉中，在氢气与氮气混合还原气氛中进行煅烧，待反应完全后冷却至室温，经研磨得到机械发光粉体材料。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于步骤2）中氢气与氮气的体积比为1:8-10。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于步骤2）中的煅烧温度为1500-1700℃，煅烧时间为3-5小时。
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