硫氧化物体系的应力发光及温度传感探究

作     者：韩逸潇 

作者单位：河北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨艳民;李磊朋

授予年度：2024年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 

主      题：应力发光 防伪 温度传感 多模式响应 

摘      要：应力发光材料可以直接将外部的机械刺激转化为光,而无需其它形式能量的激发。这一诱人的特性使其在众多领域都具有非常广阔的应用前景,如应力动态成像、可穿戴照明设备、防伪加密、光学信息存储等。尽管目前已经发现了很多无机物都具有应力发光现象（ML）,但具有优异的发光性能并可以直接实用化的材料还是相对匮乏的。因此,寻找新型应力发光材料,探寻其奇特的光学特性,拓展应力发光应用,推进其实用化变得非常重要。本工作从这一角度入手,探究了基于硫化物掺杂稀土离子的新型应力发光材料,主要研究内容及成果如下所示: （1）发现Y2O2S:Er3+在外部机械力的刺激下具有明亮的绿色应力发光现象。因此选取Y2O2S:Er3+作为研究对象,通过改变激发光源,探究其光致发光特性。此外,通过调节发光中心的掺杂浓度来优化样品的应力发光特性。并且通过动态温度变化试验,发现Er3+的2H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2这两个能级的跃迁被证实符合玻尔兹曼分布。证明样品具有优异的应力发光测温特性,从而拓宽了应力发光材料的应用场景的设想。 （2）发现SrZnOS:Er3+在外界机械刺激下具有优异的应力发光特性。通过光致发光上转换、下转换、应力发光等不同的外界刺激,样品展现出不同的发光响应,证明该材料具有多模式发光响应特征。此外,通过改变掺杂离子浓度优化该材料的应力发光特性。同时,由于Er3+的2H11/2和4S3/2的激发态符合玻尔兹曼分布,通过试验证明该材料可以进行应力发光测温。该材料还展现了卓越的应力发光性能,深入研究了其在信息加密、电子书写、压力照明方面的潜在应用。因此,认为SrZnOS:Er3+在应力传感和温度传感等领域具有独特潜在的应用。 （3）发现CaZnOS:Pr3+材料在应力刺激下产生明亮的绿色发光,通过优化材料来提高样品的应力发光特性。此外,Pr3+的3P0→3H4以及3P1→3H5的跃迁符合玻尔兹曼分布,证明该材料具有优异的应力发光测温性能,拓展了可以进行发光测温的发光中心。扩充了应力发光测温家族。最后探究了该材料在自供电显示器、防伪加密、安全防护等方面的应力发光应用展示。