论文部分内容阅读
应力发光(Mechanoluminescence,ML)泛指在机械力作用下受力物体或周围介质发光的现象,常见于于各种固体受力过程,可分为摩擦发光和形变应力发光两大类。近年来,形变应力发光中的弹性形变应力发光(Elasto-ML,EML)由于具有可重复性强、发光强度与所受应力强度线性相关度高等特点成为了相关领域的研究热点。弹性应力发光材料可以实现无需外加电源的力-光转换,因而在机械结构件的应力分布可视化、建筑物应力实时无损监测分布系统、人机交互界面的应力分布传感等领域具有良好的应用前景。然而,目前弹性应力发光材料存在种类较少、系统研究不足、发光机理不明、探测功能单一、器件结构和测试系统欠缺等问题,这阻碍了其实际应用进程。针对弹性应力发光材料研究中存在的这些问题,本论文主要开展了如下几项工作:(1)采用高温固相法制备了两种高亮度ZnS:Mn2+和CaZnOS:Er3+弹性应力发光粉体材料,并使用构造了 PET基柔性复合薄膜应力发光器件,配合本课题组搭建的应力发光性能测试系统研究其应力发光性能。(2)系统研究了烧结温度、掺杂浓度对ZnS:Mn2+晶体结构和应力发光性能的影响,得到了使用ZnS和MnCO3为原料,真空高温固相法制备高亮度ZnS:Mn2+弹性应力发光粉体的较优化条件为:1 mol%的掺杂比例(Mn/Zn),1050～1150℃烧结3h。(3)研究发现高压电系数的纤锌矿型ZnS基质比低压电系数的闪锌矿型ZnS基质更利于ZnS:Mn2+的应力发光,由此引入了压电光子学和压电诱导电子脱陷模型解释ZnS:Mn2+的弹性应力发光机理。(4)研究了掺杂原料、烧结温度对CaZnOS:Er3+产物中基质物相组成的影响,结果表明以ErF3作为掺杂原料要比Er2O3更有利于单一基体相CaZnOS的生成,1050℃是制备CaZnOS:Er3+较为合适的烧结温度。(5)研究了 CaZnOS:Er3+的多功能发光特性,包括在380 nm紫外线激发下的下转换发光,980 nm红外线激发下的上转换发光,以及在滑动载荷作用下的应力发光;利用其弹性应力发光强度与所受应力大小的线性相关可以实现应力探测;利用Er3+上转换发光中2H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2两个发射波段的荧光强度比率(FIR)实现了 303.15 K～603.15 K范围内温度的精确探测。(6)本文构造的柔性复合薄膜应力发光器件可以实现应力成像,使用基于它的应力成像系统,将其应用于了动态书写特征的光学数字化记录。