无机可再生应力发光材料研究进展

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。     

基于应力发光材料的肢体运动压力可视化测量

应力发光是机械外力作用于应力发光材料时的发光现象。应力发光材料,尤其是弹性应力发光材料在应力可视化传感领域有着重要的应用前景。基于弹性应力发光材料的发光强度与应力大小的线性特征规律,该材料可以用来制成检测应力强度以及位置的应力分布传感器,实现动态应力的非破坏性检测和应力可视化。人体肢体的动态压力分布能反映出肢体的结构、体姿势的受力和运动状态,甚至是人体健康状态等信息。通过对肢体压力的测试和分析,可获取人体在各体态和运动下的生理和机能参数,这对临床医学诊断、生物力学及体育运动均有重要意义。本文首先利用固相法制备具有绿光发射的SrAl_2O_4∶Eu~(2+)(SAO-E)应力发光材料,进而利用SAO-E和硅橡胶(Ecoflex复合)制成的柔性应力发光薄膜来采集肢体(足/手/拳)压力图像,不仅达到了肢体压力大小可视化的目的,而且还能够分析不同位置压力大小的分布情况。与传统的测量方式相比,基于应力发光材料的运动肢体压力测量方法直接可视化,不仅提升了辨识度,还可以得到压力细节特征,同时也为运动健康监测提供了一种新的思路。     

通过Pr3+掺杂SrZnOS实现应力发光颜色调控及其应力发光机理

采用高温固相法成功制备出新型Sr_(1-2x)Pr_xLi_xZnOS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,Sr_(1-2x)Pr_xLi_xZnOS的发光位于522 nm和674 nm,分别来自于Pr~(3+)离子从激发态~3P_0到~3H_5、~3F_2的跃迁。随着Pr~(3+)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17.79μs减短到5.93μs。在载荷为5 000 N激发下可以获得Pr~(3+)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I_G/I_R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。     

通过Pr^(3+)掺杂SrZnOS实现应力发光颜色调控及其应力发光机理EI北大核心CSCD

采用高温固相法成功制备出新型Sr_(1-2x)Pr_(x)Li_(x)ZnOS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,Sr_(1-2x)Pr_(x)Li_(x)ZnOS的发光位于522 nm和674 nm,分别来自于Pr^(3+)离子从激发态^(3)P_(0)到^(3)H_(5)、^(3)F_(2)的跃迁。随着Pr^(3+)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17.79μs减短到5.93μs。在载荷为5000 N激发下可以获得Pr^(3+)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I_(G)/I_(R)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。     

紫外应力发光材料SrMgSi2O6：Ce的制备与光谱性质研究

采用固相烧结法制备了3种紫外应力发光材料SrMgSi₂O₆：Ce_0.005、SrMgSi₂O₆：Ce_0.005,Er_0.015和Sr₂MgSi₂O₇：Ce_0.005,Er_0.015。XRD测试结果表明：SrMgSi₂O₆与Sr₂MgSi₂O₇具有相同的结构,掺杂离子的加入没有改变相结构。3种样品的荧光发射光谱很类似,均在330~400 nm紫外波段有较宽的发射谱带。应力发光曲线的测试结果表明,样品的应力发光强度与物体受力变化呈良好的对应关系,证明所制备的样品可以用来检测物体的受力情况。同时,研究了共掺杂离子以及改变基质结构对应力发光强度的影响,结果表明发光体中陷阱数目的增加以及基质对称性的降低有利于应力发光的产生。由于所开发的样品波长在紫外区,因而可以作为光源来激发其他颜色的光致发光材料从而实现多颜色应力发光材料的开发。     

超声引起的SrAl_2O_4:Eu,Dy薄膜的应力发光

为了实现超声探伤和应力发光探伤二者结合,研究了SrAl_2O_4∶Eu,Dy(SAOED)/硅橡胶在超声振动下的应力发光性质。薄膜的微观结构表明,SrAl_2O_4∶Eu,Dy应力发光颗粒被高弹性的硅胶包裹。当超声波作用到薄膜表面时,超声振动可以促使应力发光颗粒周围的硅橡胶发生各种形变,从而使被包裹的应力发光颗粒发生有效形变,产生高效的应力发光。薄膜厚度以及超声频率对SAOED发光薄膜的应力发光有明显的影响。薄膜的超声应力发光强度随着薄膜厚度的增加先增大,当薄膜的厚度为1 mm时达到最大,之后随着薄膜厚度的增加而降低。薄膜的超声应力发光强度与超声频率大小成正比,即使最低频率仅为500 Hz时仍能检测到信号,说明SrAl_2O_4∶Eu,Dy/硅橡胶发光薄膜是一种很有应用前途的无损检测传感器。     

Pr3+掺杂红色长余辉发光材料研究进展

Pr3+掺杂长余辉发光材料因其稳定高效的红色持久性发光而备受关注.近年来,Pr3+掺杂红色长余辉发光材料的基础研究和应用探索均取得了长足的进步.本文总结了Pr3+离子发光特性与电荷迁移带位置的关系,概述了最近报道的发光材料体系,讨论了余辉性能的优化途径,介绍了相关材料在信息加密、交流发光二极管(AC-LED)、生物成像...     

组合方法筛选新型发光材料

结合作者课题组开展的工作,简要介绍了组合方法在发光材料研究中的应用.包括:适用于发光材料库合成的组合溶液喷射和原位掩模薄膜顺序沉积技术;应用于发光材料库高通量筛选的照相术、组合扫描光谱和组合真空紫外发光表征系统.列举了组合方法在稀土聚合物敏化发光材料、真空紫外发光材料和长余辉发光材料等研究中的应用.     

SrAl2O4:Eu,Ho/树脂应力发光薄膜在焊缝缺陷检测中的应用

采用高温固相法合成SrAl₂O₄∶Eu,Ho应力发光材料。XRD结果表明,所合成的样品较纯,掺杂离子并未改变基质材料的基体结构。将SrAl₂O₄∶Eu,Ho（SAOEH）应力发光粉末与树脂混合制备复合应力发光薄膜。光谱结果表明,薄膜的发光随着厚度的增加而增强;薄膜的SEM结果表明,SAOEH粉体颗粒均匀分散在树脂中。将应力发光薄膜应用于钢板焊缝处背面,应力测试结果表明薄膜应力发光先增强后减弱。当薄膜厚度为0.9 mm时,应力发光最强,且在焊缝处可得到较高的响应值。此外,在循环测试的过程中,应力发光薄膜可对焊板断裂实现实时响应,结合CCD相机可实现钢板焊缝检测的可视化,并对缺陷定位。     

荧光碳点的制备、发光机理及应用

碳点合成原料来源广泛,发光性能可调,生物相容性良好,在生物成像、离子检测、发光材料等领域具有巨大的应用潜力。本文综述了碳点的制备方法、发光原理以及应用,重点介绍了碳点的制备方法,总结了近年来碳点在催化、生物成像等领域的最新进展;指出未来研究中需要进一步对碳点的合成进行优化,深入探究碳点的发光机理;制备发光波长可调、尺寸可调的碳点,对其在发光器件、生物成像、传感等领域的应用具有重要意义。     

应力发光材料Sr2SiO4∶Eu,Dy的光谱性质研究

采用高温固相法制备一系列Sr₂SiO₄∶Eu_0.01, Dy_x(x=0.000 1, 0.002 5, 0.005, 0.01)应力发光材料,研究了不同掺杂浓度下,Sr₂SiO₄∶Eu, Dy的光致发光和应力发光性质。研究结果表明在掺杂Dy3+浓度较低时,样品同时存在α和β两种相,当掺杂Dy3+浓度增加时,则出现β到α的相转变。由于Eu2+占据Sr2+格位的不同,样品在蓝光区486 nm(Sr1)和绿光区530 nm(Sr2)有两个峰存在。而应力发光光谱与余辉光谱类似,均只呈现出530 nm的发光,这说明二者的发光来源于占据Sr2格位的Eu2+,都是通过改变陷阱的浓度实现发光性能的变化,但Sr₂SiO₄∶Eu, Dy的应力发光强度的变化还与其结构改变有关。同时,Sr₂SiO₄∶Eu, Dy应力发光强度与所施加的力之间呈良好的线性关系,并且可用眼睛观察到明显的黄色应力发光,这为应力发光传感器准确检测物体所受应力提供依据。结合余辉、热释以及应力发光性质,推测Sr₂SiO₄∶Eu, Dy的应力发光机制应是压电产生的电致发光。     

金纳米簇化学发光体外生物检测应用研究进展

金纳米簇是一种制备工艺简单、具有分子级尺寸和量子效应的新型发光材料,近年来在化学发光检测中得到了广泛应用,特别是较多应用于体外生物检测.本文综述了金纳米簇化学发光(含电化学发光)体系在体外生物检测中的应用进展.首先,阐释了金纳米簇的合成方法、结构、性质及其化学发光基本原理;其次,总结了国内外近年来基于该体系的体外生物检...     

近红外发光材料的应用研究进展

近年来,近红外发光二极管(light emitting diodes,即LED)由于其高效、节能环保、小型化、长寿命的特点引发了研究人员极大的关注.而近红外发光材料作为重要的颜色转换元件,在近红外LED的发展中处于核心的地位.目前,近红外发光材料已经在发光效率、稳定性等方面取得了显著发展.阐述了近红外发光材料的研究进展,同时展望了近红外发光材料在不同需求下的应用前景.     

显示用上转换绿色发光材料NaYF4：Er，Yb及其特性

采用喷射微波燃烧合成法制备了上转换发光显示器中发绿光的上转换发光材料NaYF4:Er,Yb.测试了该材料的XRD衍射图谱和发光效率.给出了该材料在1 064 nm三种激光功率激发下的发光光谱.分析了该材料的上转换发光机理,得到545 nm和662 nm峰值发光分别是Er3+的4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁产生的.NaYF4:Er,Yb具有较强的上转换绿光,同时存在的较弱的红光易于用滤色膜滤除,满足显示对三基色中绿色的要求;并且喷射微波燃烧合成法制备的该材料达到了高分辨率显示应用超细粉体的要求.     

显示用上转换绿色发光材料NaYF4∶Er,Yb及其特性

采用喷射微波燃烧合成法制备了上转换发光显示器中发绿光的上转换发光材料NaYF4∶Er,Yb.测试了该材料的XRD衍射图谱和发光效率.给出了该材料在1 064 nm三种激光功率激发下的发光光谱.分析了该材料的上转换发光机理,得到545 nm和662 nm峰值发光分别是Er3+的4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁产生的.NaYF4∶Er,Yb具有较强的上转换绿光,同时存在的较弱的红光易于用滤色膜滤除,满足显示对三基色中绿色的要求;并且喷射微波燃烧合成法制备的该材料达到了高分辨率显示应用超细粉体的要求.     

发光液晶材料的合成及发光特性研究

具有聚集诱导发光增强效应的发光液晶材料,能有效地解决一般发光材料聚集时荧光猝灭和液晶自组装之间的矛盾,在液晶显示等领域有极大的应用价值。本文报道了一种自发光液晶材料(2Z,2'Z)-2,2'-(1,4-亚苯基)二(3-(4-己氧基)苯基)丙烯腈(PHPA)。研究了PHPA的聚集态发光性质、溶剂化效应、热力学性质及发光各向异性。结果表明,PHPA同时具有聚集态诱导发光增强效应和液晶性,其有序取向的薄膜发出的光具有各向异性。该发光液晶材料应用于液晶显示将能简化器件结构、增加亮度、对比度和能效。     

无机纳米发光材料研究展望:如何走出自己的舒适区?

无机纳米发光材料由于其独特的发光性质,具有广泛的应用前景。本文结合作者的科研经历,展望了无机纳米发光材料未来的发展机遇和挑战,聚焦该领域前沿“痛点”和“冷门”,探讨研究工作如何面向国家重大需求。倡议科学家应走出自己的研究舒适区,树立自己的标签性工作,共同推进无机纳米发光材料研究的可持续发展。     

生物光子学进展

本文从生物特性研究中的光子学技术、生物体的超弱发光、光与生物系统的相互作用和生物光子材料四个方面阐述了生物光子学的最新发展,介绍了各项研究工作的重要意义和发展方向.     

上转换发光量子点

光子上转换是一种重要的非线性反斯托克斯发光现象,在激光、显示、光伏、信息安全以及生物成像与诊疗等领域具有应用前景.与研究较多的有机分子三重态-三重态湮灭和稀土掺杂纳米颗粒上转换发光材料相比,上转换量子点可以在宽光谱激发范围内实现上转换发光,具有频谱吸收宽、发光效率高、近红外可吸收、能带可调、尺寸小以及稳定性高等特点,引...     

混合阴离子型化合物Ba_(2)Gd(BO_(3))_(2)Cl:Ln的力致发光性能EI北大核心CSCD

力致发光材料具有将机械刺激转变为光子发射的独特性能,因而被广泛应用于结构健康诊断、信息防伪、生物工程和电子皮肤等力学传感领域。然而,已报道的力致发光材料种类有限,且对于力致发光相关的载流子跃迁过程理解不够深入,极大地限制了其开发和应用。针对上述问题,本工作开发了新型混合阴离子型力致发光材料Ba_(2)Gd(BO_(3))_(2)Cl:Ln(Ln=Eu,Tb,Dy,Sm,Nd),并探究了其光致发光性能与相关载流子跃迁过程。该研究通过X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、多模式激发下的稳态和瞬态光谱技术研究了样品的结构形貌、光致发光与力致发光性能,提出了该材料可能的发光机制。研究结果表明,在280 nm光激发下,Ba_(2)Gd-(BO_(3))_(2)Cl:Eu的发射峰位于536,594,613,625,654,695,710 nm,第一个宽峰和其余窄峰分别对应于Eu^(2+)和Eu^(3+)的发射,即掺杂的Eu呈现混合价态。而在机械作用下,Ba_(2)Gd(BO_(3))_(2)Cl:Eu几乎只表现出Eu^(3+)的橙红光发射,这可能是由于机械作用优先激发基质中的价带电子所致。此外,Eu的光致发光和力致发光最佳掺杂浓度均为2%。在0.23~1.55 mJ的冲击能下,力致发光强度与冲击能量呈线性关系。通过改变掺杂镧系元素的种类,实现了力致发光从可见光区域到近红外区域的拓展。这项工作为解释混合价态材料的力致发光机制提供了思路,并在应力传感领域呈现出潜在的应用价值。