LiNb(Ta)O3:Pr3+不同形态材料的发光性能优化及在应力检测中的应用研究

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随着工业技术的不断发展,各类性能优异的金属复合材料的应力应变检测成为了当今关注的焦点。目前,主要的应力应变检测方法有电测法、机械测试法和光测法。光测法中的力致发光和力诱导下光致发光作为两种新型的应力应变检测方法,都可以应用在应力应变检测中。与力致发光相比,力诱导下的光致发光有检测连续性好,灵敏度高等优点。并且在施加力的同时发光强度有着显著的变化,这种性能的变化可以和光学测试设备结合,能够更精确及时的反映材料结构内部所受应力的变化。但是,还存在一些问题,一方面不同形态对其发光性能有不同的影响,另一方面,在力诱导下光致发光机理也不明确。此外,对于当前的大部分用于应力应变检测的发光材料稳定性不好,容易潮解变性,且不符合绿色环保理念,这些缺点也极大的限制了该种材料在应力应变检测领域的发展。ABO3型钙钛矿材料具有较好的热稳定性和制备成本低等优点,并对于其掺杂稀土离子以后,具有优异的光、电等多种特性,所以可以作为性能优异的发光材料。本文选用Pr3+掺杂ABO3型钙钛矿制备的发光材料研究了不同形态对其发光性能的影响,并对力诱导下光致发光机理进行了阐述。与此同时和传统Sr Al2O 4:E u2+材料的应力应变检测进行了对比。主要研究结果如下:(1)通过高温固相法制备了SrAl2O 4:Eu2+、LiNbO3:Pr3+和NaNbO 3:Pr3+三种荧光粉,首先探究了Eu2+和Pr3+的不同掺杂量对荧光粉的发光性能的影响,得出Eu2+的最佳掺杂量为2%mol;Li Nb O3:Pr3+中Pr3+的最佳掺杂量为1%mol;Na Nb O3:Pr3+中Pr3+的最佳掺杂量为1%mol。其次,用碱金属Na+掺杂Li Nb O3:Pr3+提高它在460nm处的激发强度和发光性能。在保证Li Nb O3:Pr3+为单相的条件下,得到Na+的最佳掺杂量为5%m o l,此时发光强度最高。最后,比较了Li1-xN a xN b O 3:Pr3+和SrAl 2O 4:E u2+两种发光材料在应力诱导下光谱的变化趋势,得出SrAl 2O 4:E u2+的应力响应阈值为5000N左右,而Li Nb O3:Pr3+的应力响应阈值为2000N,掺杂5%mol的Na+以后,力诱导下发光强度较Li Nb O3:Pr3+减小。随应力的持续增加发光强度有所增加但骤增现象消失。(2)通过添加不同的烧结助剂(Bi2O 3;Y 2O 3;Y 2O 3:Eu2+)用高温固相法制备了Li1-xN a xN b O 3:Pr3+陶瓷片。在制备陶瓷片以后,发光性能有一定的提高,但是未添加烧结助剂的陶瓷片在355nm处的激发波长呈线性下降趋势。我们测定了未添加烧结助剂的Li1-xN a xN b O 3:Pr3+陶瓷片的压电系数(d 3 3),发现它的下降趋势和3 5 5 n m的下降趋势一致,并且,通过制备对比样,对其元素进行定性定量分析,深入研究了这一现象的变化。将其归因于Na+的掺杂占据了Li的晶格位置,增加了Li1-xN a xNbO 3:Pr3+基体中Pr3+周围的结构不对称性所致。(3)高温固相法制备了LiTaO3:Pr3+红色荧光粉,首先探究得出Pr3+的最佳掺杂量为0.8%mol,此时发光强度最高。其次,添加烧结助剂提高L i T a O 3:Pr3+陶瓷片的成瓷性的同时,也增强了它在303nm和460nm处的激发强度。最后,比较了Y2O 3和B i2O 3两种不同种类烧结助剂以及掺杂激活剂的烧结助剂(Y2O 3和Y2O 3:E u3+)对陶瓷片成瓷性和发光性能的影响。得出了Bi2O 3的最佳添加量,且发光强度相较于L i T a O3:Pr3+荧光粉提高了7.4倍。并且检测了施加应力时发光强度的变化,消除了它的应力阈值。
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