【摘 要】
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应力发光材料是一种能将力转换成光的能量转换材料,在受到外界应力刺激（如拉伸、压缩、轻划、摩擦、撞击、扭曲和剪切等）作用时,材料会以光的形式对外释放能量。根据形变程度与可恢复性,应力发光材料可分为破坏性应力发光（断裂发光和摩擦发光）和非破坏性应力发光（弹性应力发光和塑性应力发光）材料。弹性应力发光材料由于具备了无损探测、可重复性、实时响应等特点,在压力传感、电子签名、结构损伤诊断、人造皮肤、信息存储
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应力发光材料是一种能将力转换成光的能量转换材料,在受到外界应力刺激（如拉伸、压缩、轻划、摩擦、撞击、扭曲和剪切等）作用时,材料会以光的形式对外释放能量。根据形变程度与可恢复性,应力发光材料可分为破坏性应力发光（断裂发光和摩擦发光）和非破坏性应力发光（弹性应力发光和塑性应力发光）材料。弹性应力发光材料由于具备了无损探测、可重复性、实时响应等特点,在压力传感、电子签名、结构损伤诊断、人造皮肤、信息存储和光学防伪等领域有很大的应用前景。但现有的弹性应力发光材料大都属于陷阱控制型应力发光材料,并且还往往伴随有晶格缺陷控制产生的长余辉发光现象,因此人们多从具有特征条件的化合物体系中探索新型弹性应力发光材料,从而导致弹性应力发光材料的种类有限,高性能材料更加匮乏。大量研究表明应力发光过程与晶格缺陷密切相关,但相应的缺陷结构以及如何有效调控等问题尚缺乏系统的研究。因此,本工作主要从调节缺陷态结构入手,深入研究陷阱分布对应力发光性能的影响,从而获得高性能的应力发光材料,拓展弹性应力发光的应用领域。具体研究内容如下:1.采用高温固相法合成了CaAl2O4:Eu2+荧光粉,并将其与聚二甲基硅氧烷（PDMS）混合获得应力发光柔性薄膜,探究了其光致发光、长余辉发光以及应力发光性能。研究表明,该CaAl2O4:Eu2+/PDMS柔性薄膜在拉伸、摩擦、挤压等机械刺激作用下,会产生强烈的蓝光,这与其光致发光、长余辉发光现象一致,均来自于Eu2+离子的4f~65d→4f~7能级跃迁。通过不同浓度Dy3+离子的共掺杂,调节了陷阱浓度的变化,研究了陷阱浓度对其应力发光性能的影响。结果表明,在相同大小机械刺激作用下,CaAl2O4:Eu2+/PDMS柔性薄膜的应力发光强度与陷阱中心浓度呈正比。这一点通过Dy3+、Tm3+、Nd3+不同稀土离子的共掺杂也得到了证明。此外,通过Y3+、Dy3+、Sm3+不同稀土离子的共掺杂,调节了陷阱深度的变化,实现了陷阱深度从0.662到1.042 e V的变化,提高了其应力发光信号的信噪比。最后,我们将获得的具有优异应力发光性能的CaAl2O4:Eu2+,Sm3+/PDMS柔性薄膜成功应用于封闭式机械结构（如发动机轴承和齿轮）的压力记忆。2.采用高温固相法,在空气气氛中合成了Zn2GeO4:Mn2+荧光粉,将其与PDMS混合获得应力发光柔性薄膜,探究了其光致发光、长余辉发光以及应力发光性能。研究表明,该Zn2Ge O4:Mn2+/PDMS柔性薄膜具有明显的长余辉发光,同时,在机械刺激作用下,会产生强烈的绿光发射。这是由于其陷阱深度较浅,因而在热扰动的作用下,陷阱中存储的大量载流子会以长余辉的形式释放。此外,通过Mg2+离子逐渐取代Zn2+离子形成固溶体,我们发现其应力发光颜色实现了从绿色→黄色→橙色→红色的变化,这是由于Mn2+离子对晶体场环境较为敏感所导致的。通过热释光测试发现,随着Mg2+离子的固溶,该Zn2-xMgxGe O4:Mn/PDMS柔性薄膜的陷阱深度逐渐变深,实现了陷阱中载流子的长期存储,从而提高了其应力发光成像信噪比,深入探究了陷阱分布对应力发光性能的影响。
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