CN109957392A - 磁致应力发光杆的制备及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了磁致应力发光杆的制备及驱动方法，涉及用磁驱动引起光产生的技术领域。一种致应力发光杆的制备及驱动方法，包括：步骤A，制备应力发光杆；步骤B，制备磁致应力发光杆；步骤C，构建磁操控平台；步骤D，磁致发光的产生与检测。本发明的目的在于能够通过远程磁场操控的方式大大解决了传统接触式应力给光的不足。

Description

磁致应力发光杆的制备及驱动方法

技术领域

本发明涉及用磁驱动引起光产生的技术领域，尤其是涉及一种磁致应力发光杆的制备及驱动方法。

背景技术

应力发光是机械能转化为光能的现象，应力发光材料在外界机械作用下能够将储存的能量以发光的形式释放。应力发光材料在人工智能皮肤、结构健康诊断、机械驱动发光和应力传感器等众多领域有潜在的应用前景，引起了国内外研究学者广泛关注。然而，传统的应力发光都是通过接触式的方式使其受到外力而产生光。对于某种无法接触的情况下，则无法给其施加应力。

基于以上问题，提出一种解决上述问题的无需接触便可以产生光的方式尤为重要。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁致应力发光杆的制备及驱动方法，以解决现有的对于某种无法接触的情况下，则无法给其施加应力的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术手段为：

本发明提供的一种磁致应力发光杆的制备及驱动方法，包括如下步骤：

步骤A，制备应力发光杆；

步骤B，制备磁致应力发光杆；

步骤C，构建磁操控平台；

步骤D，磁致发光的产生与检测。

需要指出的是，本发明中利用热固化的原理合成的磁致应力发光杆的形貌特征为：长宽比：(500-105)μm×(3-6)cm。通过改变模具的尺寸规格从而合成大小形状不同的，以方便其在不同用途中的应用。

作为一种进一步的技术方案，所述步骤A包括如下步骤：

步骤(1)，取适量的PDMS胶并搅拌，置于抽真空状态，直到PDMS胶中的气泡完全消失，关闭真空装置；

步骤(2)，称量所抽真空的PDMS的质量，按PDMS：应力发光粉质量比为(1-2)：(2-4)的比例向离心管中加入应力发光粉，而后搅拌，直至粉末均匀的分布在PDMS基质中；

步骤(3)，将步骤(2)的产物放入真空干燥箱中，抽真空，直至气泡不再上溢，关闭抽真空按钮，使其静止放置；

步骤(4)，取上述步骤(3)得到的材料注射到各类形状的模具中，注满模具后，将模具封口，并将其进行抽真空，设定加热温度和加热时间；

步骤(5)，取出步骤(4)的加热后的模具，将上述模具从固化的材料上剥离，然后将固化后的材料继续加热，加热后得到发光杆。

作为一种进一步的技术方案，PDMS胶包括A胶和B胶，其中A胶：B胶为10：1于离心管中。

作为一种进一步的技术方案，所述步骤(4)中的加热温度为(60-120)℃，加热时间为(30-70)min。

作为一种进一步的技术方案，所述步骤B包括如下步骤：

步骤a，根据上述权利要求1-5任一项获得的发光杆的直径，选取对应直径的纽扣磁铁，并在其表面涂一层上述以A:B为10：1的PDMS胶；

步骤b，采用与步骤a同样的方式在发光杆的表面涂好PDMS胶；

步骤c，将发光杆与纽扣磁铁黏在一起并置于干燥箱中加热，加热后得到磁致应力发光杆。

作为一种进一步的技术方案，步骤c中干燥箱设置的加热温度为100℃，加热时间为50min。

作为一种进一步的技术方案，所述步骤C包括如下步骤：

1)齿轮电机的选取：

选择额定电压和电流分别为24V、1A的齿轮电机作为驱动装置转速为3600r/min；

2)直流电源变压器的选取：

选择可调式电源(3V-24V)作为齿轮电机的输入电源；

3)旋转磁场的构建：

选取直径为为5-10cm的圆形铁片，中间掏空使其刚好卡入齿轮电机的旋杆上，用502胶固定；

选取直径为3-4cm的两个相同的永磁铁调整其对外的磁极方向，使其以磁极相反的方向以中心对称的方式排布在圆形铁片上，用502胶固定；

通过使齿轮电机旋转即可产生旋转磁场；

4)交变磁场频率的改变：

通过改变输入磁场的电压的大小即可改变齿轮电机的旋转频率，从而得到频率不同的旋转磁场。

作为一种进一步的技术方案，所述步骤D包括如下步骤：

将磁操控平台固定在桌面上，使其转头朝水平方向；

将磁致应力发光杆置于距转头1cm处，一端固定；

接通磁操控平台的电源，调整电源实示数(5-25V)使磁场以不同的频率旋转，用光纤光谱仪测量在不同频率下的光强。

与现有技术相比，本发明提供的磁致应力发光杆的制备及驱动方法所具有的技术优势为：

本发明提供的一种磁致应力发光杆的制备及驱动方法，包括步骤A，制备应力发光杆；步骤B，制备磁致应力发光杆；步骤C，构建磁操控平台；步骤D，磁致发光的产生与检测。提出并制备了一种无需接触便可以产生光的方式，通过将磁性材料与应力发光材料耦合在一起，在一个我们自己制备的一个交变磁场的作用下，诱发磁性材料产生形变，同时带动与其耦合在一起的弹性材料一起产生形变，从而产生光；这种通过远程磁场操控的方式大大解决了传统接触式应力给光的不足，为其应用提供了又一新的途径具有重要的意义。不仅实现了以非接触式的手段通过磁场对光进行的调控，还能够首次将磁致应力发光杆做到直径为500um，使其直径大大减小，大大为其应用拓展了可行性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的不同直径下的应力发光杆的示意图(自下而上包括直径分别为0.5cm、900um、800um、600um、500um应力杆)；

图2为本发明实施例提供的磁操控平台的示意图；

图3为本发明实施例提供的不同频率旋转磁场下的发光实物图及光谱图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

参照如图1-图3所示。

实施例1

本实施例提供的一种磁致应力发光杆的制备及驱动方法主要包括如下步骤：

步骤A，制备应力发光杆；

步骤B，制备磁致应力发光杆；

步骤C，构建磁操控平台；

步骤D，磁致发光的产生与检测。

需要指出的是，步骤A包括如下步骤：

步骤(1)，取适量的PDMS胶，其中A胶：B胶为10：1于15ML的离心管中。使用玻璃棒搅匀，然后置于真空干燥箱中。打开真空干燥箱使其处于抽真空状态，抽取时间约为0.5小时，直至PDMS胶中的气泡完全消失。关闭真空装置。

步骤(2)，称量所抽真空的PDMS的质量，按PDMS：应力发光粉质量比为(1-2)：(2-4)的比例向离心管中加入应力发光粉，继续用玻璃棒搅拌，直至粉末均匀的分布在PDMS基质中。迅速地放入真空干燥箱中，抽真空，直至气泡不在上溢。关闭抽真空按钮，使其静止放置20min。

步骤(3)，取上述材料于注射器中，将其用注射器缓慢的注射到我们要的各种形状的模具中，待材料充满模具后将模具下端用橡皮泥封口。将模具转入真空干燥箱中，继续抽真空半小时。打开加热按钮调整温度为(60-120)℃，时间为(30-70)min。

步骤(4)，取出上述材料，用硬物轻轻击碎模具。小心的将上述模具从固化的材料上剥离，然后将固话后的材料置于干燥箱中继续加热。30min后将其取出，便得到不同直径应力发光杆(附图1)。

具体的，步骤B包括如下步骤：

步骤a，根据上述权利要求1-5任一项获得的发光杆的直径，选取对应直径的纽扣磁铁，并在其表面涂一层上述以A:B为10：1的PDMS胶；

步骤b，采用与步骤a同样的方式在发光杆的表面涂好PDMS胶；

步骤c，将发光杆与纽扣磁铁黏在一起并置于干燥箱中加热温度100℃，加热时间50min，加热后得到磁致应力发光杆。

具体的，步骤C包括如下步骤：

1)齿轮电机的选取：

选择额定电压和电流分别为24V、1A的齿轮电机作为驱动装置转速为3600r/min；

2)直流电源变压器的选取：

选择可调式电源(3V-24V)作为齿轮电机的输入电源；

3)旋转磁场的构建：

选取直径为为5-10cm的圆形铁片，中间掏空使其刚好卡入齿轮电机的旋杆上，用502胶固定；

选取直径为3-4cm的两个相同的永磁铁调整其对外的磁极方向，使其以磁极相反的方向以中心对称的方式排布在圆形铁片上，用502胶固定；

通过使齿轮电机旋转即可产生旋转磁场；

4)交变磁场频率的改变：

通过改变输入磁场的电压的大小即可改变齿轮电机的旋转频率，从而得到频率不同的旋转磁场。

具体的，步骤D包括如下步骤：

将磁操控平台固定在桌面上，使其转头朝水平方向；

将磁致应力发光杆置于距转头1cm处，一端固定；

接通磁操控平台的电源，调整电源实示数(5-25V)使磁场以不同的频率旋转，用光纤光谱仪测量在不同频率下的光强。

需要指出的是，本发明中利用热固化的原理合成的磁致应力发光杆的形貌特征为：长宽比：(500-105)μm×(3-6)cm。通过改变模具的尺寸规格从而合成大小形状不同的，以方便其在不同用途中的应用。

还需要指出的是，本发明提出并制备了一种无需接触便可以产生光的方式，通过将磁性材料与应力发光材料耦合在一起，在一个我们自己制备的一个交变磁场的作用下，诱发磁性材料产生形变，同时带动与其耦合在一起的弹性材料一起产生形变，从而产生光；这种通过远程磁场操控的方式大大解决了传统接触式应力给光的不足，为其应用提供了又一新的途径具有重要的意义。不仅实现了以非接触式的手段通过磁场对光进行的调控，还能够首次将磁致应力发光杆做到直径为500um，使其直径大大减小，大大为其应用拓展了可行性。

实施例1：

应力发光杆的制备,具体步骤如下：

1)取适量的PDMS胶，其中A胶：B胶为10：1于15ML的离心管中。使用玻璃棒搅匀，然后置于真空干燥箱中。打开真空干燥箱使其处于抽真空状态，抽取时间约为0.5小时，直至PDMS胶中的气泡完全消失。关闭真空装置。

2)称量所抽真空的PDMS的质量，按PDMS：应力发光粉质量比为1：1的比例向离心管中加入应力发光粉，继续用玻璃棒搅拌，直至粉末均匀的分布在PDMS基质中。迅速地放入真空干燥箱中，抽真空，直至气泡不在上溢。关闭抽真空按钮，使其静止放置20min.

3)取上述材料于注射器中，将其用注射器缓慢的注射到我们要的各种形状的模具中，待材料充满模具后将模具下端用橡皮泥封口。将模具转入真空干燥箱中，继续抽真空半小时。打开加热按钮调整温度为(60-120)℃，时间为(30-70)min。

4)取出上述材料，用硬物轻轻击碎模具。小心的将上述模具从固化的材料上剥离，然后将固话后的材料置于干燥箱中继续加热。30min后将其取出，便得到不同直径应力发光杆(图1)。

实施例2：

应力发光杆的制备,具体步骤如下：

1)取适量的PDMS胶，其中A胶：B胶为10：1于15ML的离心管中。使用玻璃棒搅匀，然后置于真空干燥箱中。打开真空干燥箱使其处于抽真空状态，抽取时间约为0.5小时，直至PDMS胶中的气泡完全消失。关闭真空装置。

2)称量所抽真空的PDMS的质量，按PDMS：应力发光粉质量比为1：2的比例向离心管中加入应力发光粉，继续用玻璃棒搅拌，直至粉末均匀的分布在PDMS基质中。迅速地放入真空干燥箱中，抽真空，直至气泡不在上溢。关闭抽真空按钮，使其静止放置20min.

3)取上述材料于注射器中，将其用注射器缓慢的注射到我们要的各种形状的模具中，待材料充满模具后将模具下端用橡皮泥封口。将模具转入真空干燥箱中，继续抽真空半小时。打开加热按钮调整温度为(60-120)℃，时间为(30-70)min。

4)取出上述材料，用硬物轻轻击碎模具。小心的将上述模具从固化的材料上剥离，然后将固话后的材料置于干燥箱中继续加热。30min后将其取出，便得到不同直径应力发光杆(图1)。

实施例3：

应力发光杆的制备,具体步骤如下：

1)取适量的PDMS胶，其中A胶：B胶为10：1于15ML的离心管中。使用玻璃棒搅匀，然后置于真空干燥箱中。打开真空干燥箱使其处于抽真空状态，抽取时间约为0.5小时，直至PDMS胶中的气泡完全消失。关闭真空装置。

2)称量所抽真空的PDMS的质量，按PDMS：应力发光粉质量比为1：3的比例向离心管中加入应力发光粉，继续用玻璃棒搅拌，直至粉末均匀的分布在PDMS基质中。迅速地放入真空干燥箱中，抽真空，直至气泡不在上溢。关闭抽真空按钮，使其静止放置20min.

3)取上述材料于注射器中，将其用注射器缓慢的注射到我们要的各种形状的模具中，待材料充满模具后将模具下端用橡皮泥封口。将模具转入真空干燥箱中，继续抽真空半小时。打开加热按钮调整温度为(60-120)℃，时间为(30-70)min。

4)取出上述材料，用硬物轻轻击碎模具。小心的将上述模具从固化的材料上剥离，然后将固话后的材料置于干燥箱中继续加热。30min后将其取出，便得到不同直径应力发光杆(图1)。

实施例4：

磁致发光的产生与检测

将磁操控平台固定在桌面上，使其转头朝水平方向。将磁致应力发光杆置于距转头1cm处，一端固定。接通磁操控平台的电源，调整电源实示数10V，使磁场该电压的频率下旋转，用光纤光谱仪测量在该频率下的光强(图3，表1)。

表1

磁场电压(V)	最大摆幅(cm)	500nm波长处光强(a.u)
			10	0.2	98
15	0.5	150
			20	1	180
25	1.4	280

实施例5：

磁致发光的产生与检测

将磁操控平台固定在桌面上，使其转头朝水平方向。将磁致应力发光杆置于距转头1cm处，一端固定。接通磁操控平台的电源，调整电源实示数15V，使磁场该电压的频率下旋转，用光纤光谱仪测量在该频率下的光强(图3，表1)。

实施例6：

磁致发光的产生与检测

将磁操控平台固定在桌面上，使其转头朝水平方向。将磁致应力发光杆置于距转头1cm处，一端固定。接通磁操控平台的电源，调整电源实示数20V，使磁场该电压的频率下旋转，用光纤光谱仪测量在该频率下的光强(图3，表1)。

实施例7：

磁致发光的产生与检测

将磁操控平台固定在桌面上，使其转头朝水平方向。将磁致应力发光杆置于距转头1cm处，一端固定。接通磁操控平台的电源，调整电源实示数25V，使磁场该电压的频率下旋转，用光纤光谱仪测量在该频率下的光强(图3，表1)。

由图三和表一可以看出，随着旋转磁场频率的增加，磁致应力发光杆的形变量也发生了增加。相应的光强也发生了增强。实现了磁驱动产生光的这一实验构想。

上述参照实施例对该磁致应力发光杆的制备及驱动方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种磁致应力发光杆的制备及驱动方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A，制备应力发光杆；

步骤B，制备磁致应力发光杆；

步骤C，构建磁操控平台；

步骤D，磁致发光的产生与检测。

2.根据权利要求1所述的磁致应力发光杆的制备及驱动方法，其特征在于，所述步骤A包括如下步骤：

步骤(1)，取适量的PDMS胶并搅拌，置于抽真空状态，直到PDMS胶中的气泡完全消失，关闭真空装置；

步骤(2)，称量所抽真空的PDMS的质量，按PDMS：应力发光粉质量比为(1-2)：(2-4)的比例向离心管中加入应力发光粉，而后搅拌，直至粉末均匀的分布在PDMS基质中；

步骤(3)，将步骤(2)的产物放入真空干燥箱中，抽真空，直至气泡不再上溢，关闭抽真空按钮，使其静止放置；

步骤(4)，取上述步骤(3)得到的材料注射到各类形状的模具中，注满模具后，将模具封口，并将其进行抽真空，设定加热温度和加热时间；

步骤(5)，取出步骤(4)的加热后的模具，将上述模具从固化的材料上剥离，然后将固化后的材料继续加热，加热后得到发光杆。

3.根据权利要求2所述的磁致应力发光杆的制备及驱动方法，其特征在于，PDMS胶包括A胶和B胶，其中A胶：B胶为10：1于离心管中。

4.根据权利要求2所述的磁致应力发光杆的制备及驱动方法，其特征在于，所述步骤(4)中的加热温度为(60-120)℃，加热时间为(30-70)mi n。

5.根据权利要求2所述的磁致应力发光杆的制备及驱动方法，其特征在于，所述步骤B包括如下步骤：

步骤a，根据上述权利要求1-5任一项获得的发光杆的直径，选取对应直径的纽扣磁铁，并在其表面涂一层上述以A:B为10：1的PDMS胶；

步骤b，采用与步骤a同样的方式在发光杆的表面涂好PDMS胶；

步骤c，将发光杆与纽扣磁铁黏在一起并置于干燥箱中加热，加热后得到磁致应力发光杆。

6.根据权利要求5所述的磁致应力发光杆的制备及驱动方法，其特征在于，步骤c中干燥箱设置的加热温度为100℃，加热时间为50mi n。

7.根据权利要求5所述的磁致应力发光杆的制备及驱动方法，其特征在于，所述步骤C包括如下步骤：

1)齿轮电机的选取：

选择额定电压和电流分别为24V、1A的齿轮电机作为驱动装置转速为3600r/mi n；

2)直流电源变压器的选取：

选择可调式电源(3V-24V)作为齿轮电机的输入电源；

3)旋转磁场的构建：

选取直径为为5-10cm的圆形铁片，中间掏空使其刚好卡入齿轮电机的旋杆上，用502胶固定；

选取直径为3-4cm的两个相同的永磁铁调整其对外的磁极方向，使其以磁极相反的方向以中心对称的方式排布在圆形铁片上，用502胶固定；

通过使齿轮电机旋转即可产生旋转磁场；

4)交变磁场频率的改变：

通过改变输入磁场的电压的大小即可改变齿轮电机的旋转频率，从而得到频率不同的旋转磁场。

8.根据权利要求7所述的磁致应力发光杆的制备及驱动方法，其特征在于，所述步骤D包括如下步骤：

将磁操控平台固定在桌面上，使其转头朝水平方向；

将磁致应力发光杆置于距转头1cm处，一端固定；

接通磁操控平台的电源，调整电源实示数(5-25V)使磁场以不同的频率旋转，用光纤光谱仪测量在不同频率下的光强。