应力发光材料及其光-机-电转换多功能效应研究

应力发光是将机械能转变为光能的一种效应，本研究旨在将弹性应力发光、电致发光、机电耦合效应等结合起来，通过建立理论模型，材料设计和计算，研究材料微结构（晶粒、电畴极化、掺杂、缺陷、能级等）与外场（应力、电场、激发光场等）的相互作用规律，揭示压电类材料的应力发光机理和光-机-电耦合机理，即应力发光与压电效应或材料非对称中心的内在关系，应力发光与电致发光的内在关系。在具有非对称中心的钙钛矿系、层状铋系及其它非铅系压电材料中寻找高亮度发光材料和应力发光材料，实现高性能应力发光、电致发光和电致应变为一体的高性能应力发光材料和光-机-电转换多功能新材料。本项目的实施将丰富新型多功能固体发光材料和压电材料研究领域的科学内涵，同时将为人工皮肤、智能蒙皮、自诊断系统、复杂传感器和执行器系统等众多高技术研发提供新材料和新器件的工作基础。

揭示了介质类材料应力发光机理和光-机-电转换机理，在Pr掺杂BaTiO3-CaTiO3陶瓷中实现了高性能光－机－电转换多功能效应。加外场时，在铁电/介电晶粒的界面处将产生电荷积累，进而产生热电子发射（内肖特基发射），撞击发光中心产生电致发光。而应力发光则是一种间接的电致发光，在外力作用下，由于压电效应在铁电晶粒表面产生电荷，即在铁电/介电晶粒的界面处产生电荷积累，进而产生电致发光。在55 kV/cm电场下，电致应变S=0.48%，压电系数d33=323 pC/N。对制备的应力发光样品（25mm圆柱体）施以1000N的力，可以观察到较强的红色应力发光。对制备在ITO玻璃上的膜状电致发光样品施以20kV/cm，60Hz的交变电场，观察到较强的红色电致发光。研究了电极化对Pr掺杂BaTiO3-CaTiO3陶瓷发光特性的影响，极化样品的发光强度有明显的增加， 在Ba1-xCaxTiO3 (x=0.7)极化样品中增加了1倍，分析了其增强机理。在铋层状和钙钛矿铁电陶瓷中开发出系列蓝光激发发红光的陶瓷材料，在复合铋层状铁电陶瓷中开发出色谱可调的上转换发光材料，测量了其上转换发光强度随温度的变化，表现出良好的温度变化特性。利用应力发光材料测量了不规则形状部件的应力分布，其发光灰度图清晰，反映了部件的应力分布。. 作为大会主席，主持、举办了第二届应力发光材料与结构诊断国际会议。授权专利6项，申请专利4项；发表相关论文15篇，均为SCI源刊论文；国际会议分会特邀报告4次。培养博士生4名，培养硕士生3名。