1 兰州理工大学 材料科学与工程学院， 甘肃 兰州 730050
2 兰州理工大学 有色金属先进加工与回收国家重点实验室， 甘肃 兰州 730050
3 甘肃稀土新材料股份有限公司， 甘肃 白银 730922
采用静电纺丝法在不同气氛下制备了Sr2MgSi2O7∶Eu2+，Eu3+纤维，研究其晶体结构和形貌；将纤维与聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合后获得Sr2MgSi2O7∶Eu2+，Eu3+?PDMS复合材料，研究其光致发光和应力发光性能。研究结果显示，氮气、空气下制备样品的XPS图谱同时出现Eu2+和Eu3+结合能特征峰；在360 nm和395 nm激发下复合材料的光致发光光谱中，不但有Eu2+位于469 nm处的蓝色宽带发射，还包含Eu3+位于615 nm的多个红色窄带发射。因为Eu3+在电荷补偿下还原成Eu2+并在刚性结构保护下不被氧化，证实了Eu3+在Sr2MgSi2O7中的自还原现象。随着Eu3+的掺杂浓度增大，光致发光和应力发光强度都先增大后减小，Eu2+和Eu3+的发射分别在5%和10%时达到最强。应力发光强度与应力的增长是线性关系，Eu2+的发射增长量大于Eu3+。在实物照片和CIE坐标中观测到光致发光颜色从蓝色逐渐接近红色，应力发光颜色在应力增大时逐渐从粉红色变为紫粉色。该材料的研究将为发光调控提供参考，在应力传感和防伪等领域有着潜在的使用价值。
Sr2MgSi2O7∶Eu2+，Eu3+ 纤维 自还原 应力发光 发光调控 Sr2MgSi2O7∶Eu2+，Eu3+ fibers self reduction mechanoluminescence luminescence regulation
中南大学 材料科学与工程学院，湖南 长沙 410083
能在机械刺激下发光的材料可称为应力发光材料，应力发光属于一种力学-光子转换过程。在17世纪初首次观测到应力发光现象，但直至20世纪末，SrAl2O4∶Eu2+和ZnS∶Mn2+应力发光材料的出现以及其在应力传感领域巨大的应用前景才重新引起了研究者对应力发光材料的广泛关注。近二十多年来，随着人们对应力发光的深入认识以及对应力发光性能提升方法的逐步掌控，应力发光材料得到了快速发展，并在防伪加密、应力传感、疾病监测、照明显示、应力记录等领域展示出巨大的应用潜力。本文围绕应力发光材料的发展与研究现状，对应力发光材料的分类、发光特性、发光机理和应用领域进行了梳理和总结，提出了当下面临的瓶颈问题以及未来可能的研究方向，旨在为新型实用应力发光材料的开发提供有益的启示。
应力发光 应力传感 发光机理 mechanoluminescence stress sensing luminescence mechanism
1 中国地质大学 (北京)材料科学与工程学院, 北京 100083
2 厦门大学材料学院, 福建厦门 361005
力致发光(ML)材料的发光机制涉及力、电、磁、光之间的能量转换和电子跃迁过程, 是一个横跨多个学科的研究课题。目前, 存在一些无法用已知理论解释的 ML现象, 这预示着其过程机理仍未被完全揭示。ML机制的尚不确切严重阻碍了力致发光材料的研发及其构效关系的建立, 使研究人员为加快研发进程进一步提出开发和性能优化策略的目标遭遇瓶颈, 成为其走向实际应用的“桎梏”。本文聚焦于 ML的过程机制、回顾了已知机理模型和开发及优化策略, 并试图为力致发光材料未来面临的挑战和研究方向提供一些观点, 为力致发光材料的开发研制、性能改善及构效关系及机制的理解提供一些启示。
力致发光 应力发光材料 力致发光机理 开发策略 构效关系 力致发光分类 mechanoluminescent materials stress luminescence mechanism of mechanoluminescence development strategy structure-activity relationship classification of mechanoluminescence
1 武汉大学物理科学与技术学院, 武汉 430064
2 中国地质大学 (武汉)材料与化学学院, 武汉 430070
3 武汉大学苏州研究院, 江苏苏州 215125
Sr3Sn2O7:Sm3+是一种被广泛研究的应力法光材料, 但关于 Sm3+掺杂量的研究仍然存在缺失。本工作采用高温固相法制备 Sr3-xSn2O7:xSm3+。在 Sr3Sn2O7中掺入少量 Sm3+后, 样品仍然保持着非中心对称的双钙钛矿结构。样品在受到紫外灯激励或应力施加之后, 能展现出稳定的光致发光、长余辉和应力发光性能, 且这三者的光谱显示出一致性。应力发光来源于 Sm3+的 4G5/2激发态向 6HJ (J=5/2, 7/2, 9/2)基态的电子跃迁。通过调控 x值对其发光性能进行优化, 在 x=0.020时性能昀好。Sm3+掺杂量的变化对应力发光性能的影响, 既对现有的相关工作进行了补充, 同时也能为未来的相关研究起到参考或指导的作用。
锡锶氧化物 三价钐离子 双钙钛矿 应力发光 tin strontium oxide trivalent samarium ion double perovskite mechanoluminescence
中国海洋大学信息科学与工程学部物理与光电工程学院, 山东青岛 266100
相比于传统的破坏型应力发光材料, 陷阱控制型应力发光材料在应力发光过程中具有良好的结构完整性和应力发光可重复性等优势, 已在应力传感器、应力驱动的照明和显示器等领域展现出应用潜力, 高性能陷阱控制型应力发光材料的开发对推动应力发光的应用进程具有重要意义。本工作研究了新型陷阱控制型应力发光材料 Ca2Ga2GeO7:Pr3+, 通过测量 XRD谱、漫反射光谱、荧光衰减曲线、发射光谱、应力发光光谱和热释光图谱对其发光特性进行了研究。 Ca2Ga2GeO7:Pr3+的光致发光谱和应力发光光谱均具有位于 488、610 nm和 648 nm的发射峰, 分别对应于 Pr3+从 3H4→3P0、3H4→1D2和 3F2→3P0的能级跃迁。我们发现在连续摩擦刺激下其应力发光强度表现出缓慢衰减特性, 并且应力发光强度与应力强度还满足线性增长趋势。基于热释光测试的陷阱属性分析表明: Ca2Ga2GeO7:Pr3+缓慢衰减的应力发光特性主要来源于材料中深陷阱的存在, 即在连续应力刺激过程中, 深陷阱不断地向浅陷阱提供电子补充, 使应力发光表现出缓慢衰减特性。这为高性能陷阱控制型应力发光材料的开发和应用提供了材料和实验基础。
应力发光 陷阱 可重复性 缓慢衰减 mechanoluminescence traps repeatability slow-decaying
1 华南理工大学材料科学与工程学院, 发光材料与器件国家重点实验室, 广东省光纤激光材料与应用技术重点实验室, 广州 510641
2 华南理工大学物理与光电学院, 广州 510641
以 Mn2+掺杂石榴石结构 Na2CaSn2Ge3O12无机发光材料为研究对象, 基于其丰富的化学组成与多样化的晶体学格位特摘征, 采用不同化学计量比 Na+/Sr2+/Ba2+阳离子对 Ca2+格位取代, 以及 Sn4+/Ge4+反位占据等掺杂调控手段, 实现了该材料体系中能量陷阱的类型、浓度和分布调制的多样化构筑, 由此提升并精准调控该无机发光材料的余辉、 X射线发光存储和应力发光的多模式发光性能。探索并展示了掺杂型 Na2CaSn2Ge3O12:Mn2+基发光材料在 X射线发光扩展成像、应力传感等领域的潜在应用前景。
无机发光材料 能量陷阱 应力发光 传感 multimode luminescent materials energy trap mechano-luminescence sensor
1 华南理工大学材料科学与工程学院, 华南理工大学物理与光电学院, 发光材料与器件国家重点实验室, 广东省光纤激光材料与应用技术重点实验室, 广东省特种光纤材料与器件工程技术研究开发中心, 广州 510000
2 华南理工大学材料科学与工程学院, 华南理工大学物理与光电学院, 发光材料与器件国家重点实验室, 广东省光纤激光材料与应用技术重点实验室, 广东省特种光纤材料与器件工程技术研究开发中心, 广州 510000)
现有应力发光多局限于单一波段。铋(Bi)离子能实现紫外-近红外波段的超宽发射, 但是现有 Bi离子激活应力发光材料多限于蓝光发射。针对这一问题, 本工作在多格点石榴石化合物 (Sr3Y2Ge3O12)中率先实现了紫外 -可见-近红外超宽带应力发光, 并借助近邻离子 (Sc3+)取代策略调控其应力发光性能。昀后, 利用热释光测试等得到材料缺陷分布信息, 并探究其应力发光机理。昀后, 基于多模式发光, 该材料有望用于信息储存领域。Performance Regulation
应力发光 铋离子 近邻离子取代 晶格工程 mechanoluminesence bismuth ion neighbor ion substitution lattice engineering
1 桂林理工大学 材料科学与工程学院, 广西 桂林 541000
2 上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200444
采用高温固相法成功制备出新型Sr1-2xPrxLixZnOS应力发光材料。通过XRD、扫描电镜、漫反射、光致发光、荧光衰减、应力发光和热释光等测试详细研究了晶体结构、形貌、光致和力致发光性能及其发光机理。在298 nm激发下, Sr1-2xPrxLixZnOS的发光位于522 nm和674 nm, 分别来自于Pr3+离子从激发态3P0到3H5、3F2的跃迁。随着Pr3+浓度增加, 发光强度先增加后减小, 在x=0.015时发光最强, 且衰减时间从17.79 μs减短到5.93 μs。在载荷为5 000 N激发下可以获得Pr3+离子的522 nm和674 nm的应力发光发射带。位于522 nm和674 nm的两个发射带的相对强度IG/IR随着掺杂浓度的增加呈线性减小, 且在色坐标图(CIE)和实物应力发光照片中均能观测到应力发光的颜色从黄绿光到橙黄光的转变。该材料的研究将为应力发光领域提供调控颜色的新思路, 在压力显示成像和应力传感领域具有潜在的应用价值。
应力发光 mechanoluminescence SrZnOS SrZnOS Pr3+ Pr3+
应力发光是某些材料受到机械刺激时产生的发光现象。许多固体材料在压裂过程中会产生应力发光, 但这种破坏性发光限制了材料的实际应用。可再生应力发光的发现为应力发光材料创造了解决现实问题的机会, 其在结构健康诊断、力驱动的新型光源和显示器件以及生物力学应力传感器等领域展现出广泛的应用前景。本文对近二十年来无机可再生应力发光材料的研究进展进行了梳理和总结, 主要介绍无机可再生应力发光材料的分类、表征、机理和应用四个方面, 并讨论了未来研究中所面临的机遇和挑战, 以期对该类材料的研发及应用提供有意义的启示。
应力 传感器 应力发光 应力分布 应力成像 stress sensor mechanoluminescence stress distribution stress imaging
