新型力致发光材料的探索研究

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1、硕士学位论文新型力致发光材料的探索研究作者姓名李乐京学科专业材料学指导教师彭明营教授所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月IExplorationalStudyonNovelMechanoluminescentMaterialsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LejingLiSupervisor：Prof.MingyingPengSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,ChinaII分类号∶TQ171学校代号∶10“1与台号蚤∶2o1520114806

2、华南理工大学硕士学位论文新型力致发光材料的探索研究作者姓名:李乐京指导教师姓名、职称:彭明营教授申请学位级别:工学硕士学科专业名称:材料学研究方向:光功能材料论文提交旧期:2018年午月冫论文答辩口期:2018年oFi占月冫`日学位授予单位:华南理工大学学位授予日期:⒛18年‘月日答辩委员会成员:褶氵崂}摘要力致发光材料是一种能将力转换成光的能量转换材料，在受到机械刺激（如压力，冲击，摩擦）作用时，该材料会以光的形式对外释放能量。但是，目前力致发光材料种类有限，并且发光仅位于可见光波段，严重限制了其在其他领域的应用。若能将力致发光波段拓展到近红外区，便可借助近红外光的高穿透性，用

3、于生物体内应力探测。因此，本工作从探索新型力致发光基质入手，开发了一系列可见、近红外力致发光材料，并优化其力致发光性能，主要的研究成果如下：1发现了一系列可见光力致发光材料。(1)发现了余辉材料MGa3+3+2O4:Cr(M=Zn、Mg)具有力致发光。MgGa2O4:Cr和ZnGa3+3+2O4:Cr的力致发光峰都位于710nm附近。选取ZnGa2O4:Cr作为研究对象，探索了增强样品的力致发光的途径，发现了控制Ge的取代量可以使样品余辉和力致发光性能同时得到改善。热释光测试表明Ge的替代增加了样品中深缺陷浓度，从而优化了余辉和力致发光性能。(2)发现Mn2+掺杂的BaZnOS在

4、压力和摩擦力下具有明显的弹性力致发光现象。样品BaZnOS:0.5%Mn2+在摩擦、压力以及295nm激发下的发光谱峰位分别位于586nm、610nm和634nm。同时，BaZnOS:0.5%Mn2+力致发光强度与负载具有良好的线性关系。因此，我们认为BaZnOS:0.5%Mn2+作为一种应力传感材料不仅能记录应力的分布及大小，还能分辨应力类型。(3)探究了其他稀土离子包括Pr3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+在基质CaZnOS中的力致发光特性，发现这一系列样品都具有高亮的力致发光。得益于稀土离子丰富的能级结构，稀土离子和CaZnOS的组合可以实现蓝光、绿光、

5、黄光、红光波段的力致发光输出。2发现了一系列近红外力致发光材料CaZnOS:RE3+(RE=Nd,Yb,Tm)。(1)CaZnOS:Nd3+的力致发光峰位于910、1094、1390nm，这是首例同时覆盖生物组织第一，第二透过窗口的力致发光材料。同时，CaZnOS:Nd3+力致发光效率高，发光阈值低，发光具有可重复性。值得注意的是，组织透过性测试表明，910nm的力致发光峰可穿透22mm的生物组织（如猪肉）。最后，为了了解样品在生物力作用下的发光情况，我们测试了块状CaZnOS:Nd3+样品在牙齿咬合力作用下的发光情况，发现即使口腔闭合时，依旧能检测到近红外力致发光信号。因此，我

6、们认为生物相容性好的IVCaZnOS:Nd3+可作为一种超灵敏生物应力探针并用于体内应力分布的探测。(2)CaZnOS:Tm3+的力致发光峰位于785nm和814nm，CaZnOS:Yb3+的发光峰位于980nm。力致发光谱与光致发光谱一致，表明两者的发光来源一致。3发现CaZnOS:Er3+具有可见到近红外的超宽力致发光特性，发光峰分别位于550、675、855、978和1540nm，力致发光整体呈现绿色。同时发现助熔剂Li2CO3的添加可以改善样品的结晶性，可将力致发光性能提高三倍之多。至此，CaZnOS:RE3+实现了单基质全光谱的力致发光输出。关键词：MZnOS；力致发光

7、；陷阱；压电发光；应力传感；近红外应力发光；生物力学成像VAbstractMechanoluminescent(ML)materialsaremechano-opticalconvertersthatcanemitlightunderanexternalmechanicalstimulusincludingcompress.However,atpresent,thenumberofMLmaterialsislimited,theemissionsofreportedofMLmea