CN105938031A - 一种压力发光传感器薄膜 - Google Patents
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Abstract
一种压力发光传感器薄膜，它包括含有高灵敏压力弹性形变发光材料与弹性树脂橡胶的混合发光材料薄膜，其特征在于：高灵敏压力发光材料与弹性树脂橡胶均匀混合，再制备成0.01毫米到10毫米厚度薄膜，其具有弹性伸缩特性，当有外力作用于发光材料薄膜表面时发射出高强度可见光。
Description
技术领域
本发明属于一种基于压力发光的压力传感器应用领域。
技术背景
硫化物发光材料是传统常见应用的发光材料体系之一，其常用于电致发光、光致长余辉发光、红外激发发光、阴极射线发光等领域，依此人们制作出电致发光器件、夜光器件、摩擦发光器件、红外光探测器件、电视显示管器件等，用于我们生活中的发光显示照明领域，中国专利961189304、011437146、2015104343147等公开阐述了这些器件的复杂结构与发光材料制备方法用途，它们借助利用复杂的电场结构、紫外光能量、射线辐射等作用原理产生发光。
本发明利用硫化物发光材料的驻极效应原理，制备了一种压力发光传感器薄膜，它包括含有高灵敏压力发光材料与弹性树脂橡胶的混合发光材料薄膜，其具有弹性伸缩特性，当有外力作用于发光材料薄膜表面时发射出高强度可见光。
本发明可以用于压力、张力发光传感器中，测量水流、风速、温度、震动、物体负载重量等，也可以用于日常生活中的玩具球线、体育用品、电线电缆、电器开关、汽车装饰与安全用品、紧急救援器材与危险标记提示、功能性服装鞋帽箱包、电子消费品外壳按键开关及物品包装外壳、建筑中门窗楼梯电梯家具等。
发明内容
一种压力发光传感器薄膜，它包括含有高灵敏压力弹性形变发光材料与弹性树脂橡胶的混合发光材料薄膜，其特征在于：高灵敏压力发光材料与弹性树脂橡胶均匀混合，再制备成0.01毫米到10毫米厚度薄膜，其具有弹性伸缩特性，当有外力作用于发光材料薄膜表面时发射出高强度可见光。本发明通过弹性硅胶载体传导压力，针对硫化物发光材料混晶结构产生大量驻极效应原理，压力的弹性形变使得微晶尖端电荷激励产生发光。本发明不需要建有电致发光器件的必要电极条件，也不需要建立有必要摩擦层，或需要可见光照射吸收存储能量，本发明避免了常规发光材料的范性形变中的破坏性不可逆转的发光。
本发明中的高灵敏压力弹性形变发光材料与弹性树脂橡胶的混合发光材料薄膜，其特征在于：高灵敏压力发光材料与弹性树脂橡胶均匀混合，再制备成薄膜，其具有弹性伸缩特性，当有外力作用于发光材料薄膜表面时发射出高强度可见光，其瞬间亮度可以达到800cd/m2以上，是电致发光的数倍，是阴极射线发光的2倍，是夜光材料的100倍以上。本发明中弹性形变发光材料驻极发光效应是可以反复使用，其不破坏晶格结构就产生发光，当然静电电荷积累也可以有利于产生压力发光。本发明中制备的立方相六角相混合晶体结构，及其表面氧化硅为立体三角形包裹薄膜，均有利于驻极发光效应的良好产生。
本发明中的发光材料是碱土金属硫化物参杂的发光材料，其基质材料为硫化锶、硫化钙、硫化钡中的一种，掺杂激活剂为锰、铕、钐、铈、铜、银、金、铒中的至少一种酸性离子化合物，在高温600-1300度，烧结1-8小时，制备成立方相六角相混合晶体发光材料。锰、铕离子的加入有利于产生橙色或红色发光，钐、铈、铜、铒加入有利于产生绿色发光，银、金、铜加入有利于产生蓝色发光，立方相六角相混合晶体结构发光材料为椭圆形，有利于混合与表面处理。
本发明中的发光材料基质是硫化锌，掺杂激活剂为锰、铕、钐、铈、铜、银、金、铒中的至少一种酸性离子化合物，如硝酸锰、氯化铜等，在高温600-1300度，烧结1-8小时，制备成立方相六角相混合体发光材料。锰、铕离子的加入有利于产生橙色或红色发光，钐、铈、铜、铒加入有利于产生绿色发光，银、金、铜加入有利于产生蓝色发光，立方相六角相混合晶体结构发光材料为椭圆形，有利于混合与表面处理。
本发明中的弹性树脂橡胶是硅橡胶、硅树脂中的一种，并与高灵敏压力弹性形变发光材料充分混合制备成涂料，通过印刷、摊刮、涂敷、甩膜方法制备成薄膜。液态或胶体硅胶硅树脂有利于简单成膜，或使用模具成型，使用时其经过干燥形成胶体，具有压力弹性。也有利于及时根据压力灵敏度需要调整发光材料加入比例，越薄弹性越好灵敏度越高，越厚承载压力越强。本发明中含有高灵敏压力弹性形变发光材料与其它的透明弹性树脂橡胶混合也可以产生发光，硅橡胶、硅树脂是常见与低价材料，并且防水等性能优越。
本发明中的弹性树脂橡胶是硅橡胶、硅树脂中的一种，并与高灵敏压力弹性形变发光材料充分混合制备成橡胶母粒，通过挤出、注塑、吹塑方法制备成薄膜或线体或球体或块体。其便于运输及工业规模化使用，并适合于塑料、金属、木材、水泥、布匹、玻璃陶瓷表面结合配套使用。
本发明中的混合高灵敏压力弹性形变发光材料薄膜连接填埋有光纤传感器与光电倍增管或CCD光电转换器，形成远距离监控检测系统。这些光电探测器可以探测微弱的光子发光，可以更加灵敏与量化压力张力数值，发光强度与压力、张力成正比关系。
本发明中的混合发光材料薄膜表面带有粘结胶体薄膜，其粘贴于物体表面，形成视觉直接观测的压力发光传感器贴膜。通过人眼直接观测与发现，尤其适合白天室内或户外夜晚观测，本发明发光材料没有余辉，夜晚观察不会受到余辉发光影响。本发明的发光膜表面光滑有利于发光，本发明不需要透明导电层或电荷制造层。
本发明中的高灵敏压力弹性形变发光材料与弹性树脂橡胶的成分重量比为0.5-3：1。发光材料与弹性树脂橡胶混合后放置在反应釜中，在温度30-80度加压保持0.5-10小时，取出，形成混合均匀的含有发光材料的树脂橡胶，反应釜中压力可以使得发光材料与硅胶形成致密包裹，提高发光效果10-30%。其中发光材料与弹性橡胶比例为2:1时发光效果较好，当大于3:1时，发光有所减弱，或者薄膜较厚时发光强度也下降。当发光材料比例少时薄膜透过率高，但亮度微低，但增加膜的厚度有利于发光，有良好透过率有利于观测。
本发明中的用于基质的发光材料中掺杂激活剂的浓度为每克基质材料重量的1×10-4-1×10-2，激活剂浓度对发光材料发光强弱有影响。高灵敏压力发光材料表面包裹氧化硅涂层，氧化硅为立体三角形薄膜组成，将发光材料、正硅酸乙酯、水混合，在100-200度水热反应釜保持2-100小时，烘干，再次再100-600度烧结1-10小时，制备为立体三角形的氧化硅组分薄膜。当然其中含有氧化铝也是可以接近氧化硅涂层效果。这样制备的发光材料，经过表面处理后，形成具备有高灵敏压力弹性形变的发光材料。
具体实施方法
一种压力发光传感器薄膜，它包括含有高灵敏压力弹性形变发光材料与弹性树脂橡胶的混合发光材料薄膜，其特征在于：高灵敏压力发光材料与弹性树脂橡胶均匀混合，再制备成0.01毫米到10毫米厚度薄膜，其具有弹性伸缩特性，当有外力作用于发光材料薄膜表面时发射出高强度可见光。高灵敏压力发光材料主要是硫化锌、硫化锶、硫化钙、硫化钡，掺杂激活剂为锰、铕、钐、铈、铜、银、金、铒中的至少一种酸性离子化合物，如硫酸铜，硝酸银，硝酸锰等，发光材料与一种或多种激活剂充分混合，在高温600-1300度，烧结1-8小时，清洗烘干，制备成立方相六角相混合晶体发光材料，助熔剂的加入有利于晶体生长，颗粒50微米左右，颗粒小发光相对较弱。锰离子的加入有利于产生橙色发光，铕离子产生红色发光，银离子有利于产生蓝色发光，铜离子有利于绿色或蓝绿色发光，当然同时几种离子的加入其也可产生白色发光，立方相六角相混合晶体结构发光材料为椭圆形，有利于混合与表面处理。
本发明中的弹性树脂橡胶是硅橡胶、硅树脂中的一种，并与发光材料充分混合制备成涂料，通过印刷、摊刮、涂敷、甩膜方法制备成薄膜。其也可以加入0.1%-1%的有机荧光染料与颜料，他们在蓝色发光下可以产生彩色荧光或白色发光。液态或胶体硅胶硅树脂有利于简单成膜，或使用模具成型，使用时其经过干燥形成胶体，具有压力弹性。也有利于及时根据压力灵敏度需要调整发光材料加入比例，越薄弹性越好灵敏度越高，越厚承载压力越强。
本发明中的弹性树脂橡胶是硅橡胶、硅树脂中的一种，并与发光材料充分混合制备成橡胶母粒，其混合均匀，在通过挤出、注塑、吹塑方法制备成薄膜或线体或球体或块体。
本发明中的混合发光材料薄膜连接填埋有光纤传感器与光电倍增管或CCD光电转换器，形成远距离借助网络监控检测物体的状态系统。这些光电探测器可以探测微弱的光子发光，可以更加灵敏与量化压力张力数值，发光强度与压力、张力成正比关系。
本发明中的混合发光材料薄膜表面带有粘结胶体薄膜，其粘贴于物体表面，形成视觉直接观测的压力发光传感器贴膜。通过人眼直接观测与发现，尤其适合白天室内或户外夜晚观测。
本发明中高灵敏压力弹性形变发光材料与弹性树脂橡胶的成分重量比为0.5-3：1，当发光材料重量比小于橡胶时，其透明度与弹性好，但亮度低；当发光材料与橡胶重量比2:1时，发光亮度加好。发光材料与弹性树脂橡胶混合后放置在反应釜中，在温度30-80度加压保持0.5-10小时，取出，形成混合均匀的含有发光材料的树脂橡胶。本发明中的用于每克基质的发光材料中掺杂激活剂的浓度为基质材料重量的1×10-4-1×10-2，其中浓度为1×10-3发光强度较好。高灵敏压力发光材料表面包裹氧化硅涂层，氧化硅为立体三角形薄暮组成，使用溶胶凝胶工艺在发光材料椭圆形颗粒表面，如正硅酸乙酯水解成胶体，浸泡发光材料10-100小时，再在160度水热反应釜中保持10小时，烘干，再次再100-600度烧结1-10小时，制备出立体三角形薄膜组成的氧化硅可以提高驻极效应发光，发光强度增加20-80%。使用异丙醇铝制备氧化铝也有同类效应。
本发明优点
本发明与现有技术相比，不需要复杂的绝缘层、导电层、摩擦层等，也没有长余辉的余辉干扰发光，从而降低发光对比度。本发明通过荧光粉在硅橡胶中掺杂后，在微弱压力下就可以产生持续发光，本发明的发光材料制备及处理后与硅橡胶结合可以产生良好的弹性形变驻极效应，用于压力张力的发光检测。
本发明可以用于压力、张力发光传感器中，测量水流、风速、温度、震动、物体负载重量等，也可以用于日常生活中的玩具弹力发光球，弹力发光线线；体育发光器具，球类等用品；触摸发光的电线电缆，按键发光电器开关；汽车装饰与发光安全提示用品；紧急救援器材与危险标记提示；功能性发光服装、鞋、帽、箱包、纽扣、帐篷、雨伞、绳索等；电子消费品外壳、按键、开关、连接电线等；物品的发光包装外壳，如U盘，手机、耳机等，建筑中门窗楼梯电梯家具等。
本发明压力发光传感器薄膜，在压力、折叠、抻拉、收缩时均可以产生明亮发光，并重复多次使用，可以用于监测建筑的震动、开裂，可以探测水流流速，以及空气中高速运动物体的阻力测量、水下压力情况，可以探测温度产生的膨胀与收缩。
实施例
实施例1
分别称取100克ZnS，加入0.6克CuSO4.5H2O，加入高纯硫20克，研磨均匀后放入双层石英坩埚中在1040℃保温烧结5小时，然后使用正硅酸乙酯、水浸泡发光材料48小时，再在160度水热反应釜中保持10小时，再取出烘干，经过200度烧结1小时，制备出高灵敏压力弹性形变发光材料。
将获得的100克高灵敏压力弹性形变发光材料，与50克硅胶体搅拌充分，放入反应釜中50度加压保持1小时，取出，丝网印刷成0.1毫米厚薄膜，放置干燥凝固成膜，其在压拉时产生蓝绿色高强度发光。
实施例2
分别称取100克硫化锶，加入0.5克CuSO4.5H2O，0.1克三氧化二铕，加入高纯硫30克，研磨均匀后放入双层石英坩埚中在1000℃保温烧结3小时，然后使用正硅酸乙酯、水浸泡发光材料18小时，再在130度水热反应釜中保持18小时，再取出烘干，放入180度电炉烧结1小时，制备出高灵敏压力弹性形变发光材料。
将获得的100克高灵敏压力弹性形变发光材料，与50克硅胶体搅拌充分，放入反应釜中80度加压保持0.5小时，取出，丝网印刷成0.6毫米厚薄膜，放置干燥凝固成膜，其在压拉时产生橙黄色高强度发光。
在上面针对本发明较好的实施方式作了举例说明后，对本领域的技术人员来说应明白的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，对本发明所作的任何改变和改进都在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种压力发光传感器薄膜，它包括含有高灵敏压力弹性形变发光材料与弹性树脂橡胶的混合发光材料薄膜，其特征在于：高灵敏压力发光材料与弹性树脂橡胶均匀混合，再制备成0.01毫米到10毫米厚度薄膜，其具有弹性伸缩特性，当有外力作用于发光材料薄膜表面时发射出高强度可见光。
2.如权利1所述一种压力发光传感器薄膜，发光材料是碱土金属硫化物参杂的发光材料，其基质材料为硫化锶、硫化钙、硫化钡中的一种，掺杂激活剂为锰、铕、钐、铈、铜、银、金、铒中的至少一种酸性离子化合物，在高温600-1300度，烧结1-8小时，制备成立方相六角相混合晶体发光材料。
3.如权利1所述一种压力发光传感器薄膜，发光材料基质是硫化锌，掺杂激活剂为锰、铕、钐、铈、铜、银、金、铒中的至少一种酸性离子化合物，在高温600-1300度，烧结1-8小时，制备成立方相六角相混合晶体发光材料。
4.如权利1所述一种压力发光传感器薄膜，弹性树脂橡胶是硅橡胶、硅树脂中的一种，并与弹性形变发光材料充分混合制备成涂料，通过印刷、摊刮、涂敷、甩膜方法制备成薄膜。
5.如权利1所述一种压力发光传感器薄膜，弹性树脂橡胶是橡胶、硅树脂中的一种，并与弹性形变发光材料充分混合制备成橡胶母粒，通过挤出、注塑、吹塑方法制备成薄膜或线体或球体或块体。
6.如权利1所述一种压力发光传感器薄膜，混合弹性形变发光材料薄膜连接填埋有光纤传感器与光电倍增管或CCD光电转换器，形成远距离监控检测系统。
7.如权利1所述一种压力发光传感器薄膜，混合弹性形变发光材料薄膜表面带有粘结胶体薄膜，其粘贴于物体表面，形成视觉直接观测的压力发光传感器贴膜。
8.如权利1所述一种压力发光传感器薄膜，高灵敏压力弹性形变的发光材料与弹性树脂橡胶的成分重量比为0.5-3：1，发光材料与弹性树脂橡胶混合后放置在反应釜中，在温度30-80度加压保持0.5-10小时，取出，形成混合均匀的含有发光材料的树脂橡胶。
9.如权利1所述一种压力发光传感器薄膜，用于基质的发光材料中掺杂激活剂的浓度为每克基质材料重量的1×10-4-1×10-2。
10.如权利1所述一种压力发光传感器薄膜，高灵敏压力发光材料表面包裹氧化硅涂层，是将发光材料、正硅酸乙酯、水混合，在100-200度水热反应釜保持2-100小时，烘干，再次在100-600度烧结1-10小时，在发光材料颗粒表面制备出立体三角形氧化硅组成的薄膜，形成具备有高灵敏压力弹性形变的发光材料。
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