基于长余辉发光材料的力致发光现象与力敏传感器研究

Persistent luminescence materials are materials that can sustain afterglow luminescence after the shut off of excitation source for a long period (10 hours). It is found that most persisten luminescence materials also have very strong mechanoluminescence, i.e., matetials which can emit characteristic light when strained under impact force. For this reason, mechanoluminesce materials are studied as impact force sensor in recenct years, which can be used in the safety monitoring of buildings, earthquake forecasting, materials mechanical failar analysis, etc. This project will study the mechanoluminescence of strontium aluminate based persisten luminescence materials， and the optimazation of the strontium aluminate material for mechanoluminescence properties, such as sintering temperature, sintering time, and doping elements and concentration, etc. Based on the results of persistent luminescence materials, this project will focus on the fabrication impact force sensors both on bulk and thin film persisten luminescence materialss, by using of opotical lens, opotical fibres, and opotical filters, etc. And further study will foucused on the depandance of the performance the sensors on the structure of the sensors, matrix composition, thickness and composition of the sensing layer, etc.

长余辉发光材料（Persistent luminescence materials）是一种受激后能够长时间维持余辉的一种发光材料。研究发现，大多数长余辉材料具有很强的力致发光（mechanoluminescence），即材料在受压应变的情况下产生发光现象。因此，力致发光现象在力学传感器领域具有重要的应用潜力，可以应用在建筑物安全、地震预报、材料断裂研究等领域，近年来受到国际相关领域研究人员的注意。本项目主要研究铝酸锶等长余辉发光材料的力致发光现象的物理机理和制备工艺优化，研究烧结温度、烧结时间、掺杂种类和浓度等对力致发光性能的影响。在材料研究的基础上，项目将进一步制作基于铝酸锶的力敏传感器和薄膜力敏传感器，结合光学透镜、光学纤维和其他光学部件构建基于力致发光现象的无源力敏传感器，并研究传感器结构、基体种类、力敏层厚度和成分等因素对传感器性能的影响。

本项目主要研究长余辉材料的力致发光特性及其应用研究，在材料研究的基础上，制作基于SrAl2O4块体材料和SrAl2O4薄膜的无源力敏传感器。项目的研究目标是通过力致发光机理研究和材料工艺优化、传感器器件设计优化制备出基于SrAl2O4力致发光现象的冲击力传感器，构建出1-2套基于力致发光现象的无源力敏监测装置。项目执行期间，计划完成学术论文5-8篇，申报国家发明专利和实用新型专利3-5项，培养研究生5名以上，提供力敏传感器原型器件两种或以上，完成一套力敏传感器试验装置。. 实际执行情况：完成了申请书计划的研究内容，实现了申请书设定的研究目标。项目执行期间，完成内容与本项目相关且有本项目资助号的学术论文20篇，其中SCI收录论文18篇；获得授权国家发明专利6件；培养硕士研究生8人；完成两种力敏传感器原型器件及实验装置。除SrAl2O4:(Eu2+,Dy3+)基材料外，还开展了其他系列的长余辉发光材料的研究及长余辉发光（夜光）玻璃的制备及其性能研究。研究过程中获得了一些有意义的发现：1，在激发谱中发现波长大于荧光发射波长的近红外波段内有较强的信号，由此提出了一种新的红外上转换路径，利用此现象制成了基于长余辉荧光材料的红外探测器。2，提出了通过背景光辐照避免力致发光强度随时间衰减的设想，提高了力致发光信号的稳定性和强度。3，我们发现某些材料体系的荧光峰值波长与样品的热处理温度相关，由此我们提出了利用长余辉发光材料精确测量温度分布的方法。4，通过紫外-可见-红外全反射谱，测定了宽波段内的吸收谱，由此精确确定了一系列与Eu2+和Dy3+相关的能级。. 项目按计划完成了相关的研究内容，达到了预期的目标，获得了预期的成果，并发现了一些新的有应用前景的现象，在研究内容和研究成果方面较原计划有较大的提升。