一种使La₂Sn₂O₇材料可逆发光的方法

一种使La₂Sn₂O₇材料可逆发光的方法
【专利摘要】本发明的一种使La2Sn2O7材料可逆发光的方法，属于锡酸盐压致发光的技术领域。将La2Sn2O7粉末置于高压装置的密封样品腔中，在常温下对样品加2.0～22.1GPa的压力，稳定3min检测荧光光谱。La2Sn2O7因稀土La3+离子没有4f壳层，室温常压条件下不具有发光特性，但在上述压力范围内，无论是升压还是卸压过程均能检测到荧光。本发明的La2Sn2O7可逆压致发光的方法，使得La2Sn2O7作为压致发光的智能材料，应用于材料应力损伤探测、压力传感器、压力开关和商标防伪等领域，可以作为深海或其他极端压力条件下工作的荧光压力传感器材料。
【专利说明】
_种使La2Sn2〇7材料可逆发光的方法
技术领域
[0001]本发明属于锡酸盐压致发光的技术领域，涉及La2Sn2〇7材料可逆压致发光技术，提供一种适用于深海研究和极端环境下工作的荧光压力传感器材料。【背景技术】
[0002]压力传感器是工业实践中重要的感应设备，其广泛的应用于油井，船舶，军工，航空航天等。近些年，在深海研究以及一些工作环境比较恶劣的地方就需要一些能够适用于在极端条件下工作的设备开发和应用。例如，高速风洞中使用荧光压力传感器技术对飞机模型机翼表面压力场的测量。夜光材料制造而成的手表表盘的夜光是深水中潜水员懒以生存的重要功能之一。但是，早期的夜光材料含有过量的放射或使用了余辉型冷光材料而被停止应用。所以，研制一种高效而又可以在深海和极端条件下工作且无公害的功能材料传感器，就成了科学家们长期以来研究的一个课题。
[0003]近些年，由于环境的污染严重，有机废水处理技术难以达到理想的治理效果，大量实验研究表明，光催化降解水中有机污染物具有方法简单，成本低及功效显著的特点。因此，锡酸盐烧绿石被广泛的用来研究其光催化性能。这类材料通常具有烧绿石晶体结构，由于其A位的稀土元素具有电，磁，光等特性而被誉为新材料的宝库，其独特的发光特性主要来源于稀土离子4f组态能级间的跃迀，发射的光谱线受温度和发射波长影响不大具有在极端条件下应用的潜质。但是，锡酸盐La2Sn207因稀土 La3+离子没有4f壳层，室温常压条件下不具有发光特性。
【发明内容】

[0004]本发明要解决的技术问题一个是为实际应用寻求新型的可逆的压致发光的材料和方法。
[0005]本发明另一个要解决的技术问题是提供锡酸盐La2Sn207作为荧光压力传感器材料，具有耐尚温，抗电磁福射污染，抗腐蚀能力强且不易被氧化等特性，为在尚温，尚压，有辐射及腐蚀，易氧化的恶劣环境中工作提供可行性。
[0006]本发明所述的La2Sn2〇7是立方结构的单一纯相烧绿石锡酸盐。以二氧化锡粉 (Sn02)和三氧化二镧粉(La203)为原料按照一定的比例混合高温固相烧结，得到立方结构的 La2Sn207纯相。在室温常压条件下，用532nm波长的固体激光器激发样品La2Sn207?K其荧光光谱，实验结果未出现荧光峰。
[0007]本发明的具体技术方案如下所述。
[0008]一种使La2Sn207材料可逆发光的方法，将La2Sn207样品置于高压装置的密封样品腔中，在常温下对样品加2.0?22.lGPa的压力，稳定3min检测荧光光谱。
[0009]在实验室使La2Sn2〇7材料可逆发光的方法，是在室温条件下在金刚石对顶砧(DAC) 中进行的。选择T301钢片作垫片材料，以硅油作传压介质，红宝石荧光峰作为压力大小的标定对象；垫片打孔之后将样品置于由金刚石对顶砧砧面和垫片组成的密闭样品腔中；金刚石对顶砧(DAC)装置样品腔内部压力逐步增大，进行荧光光谱测试。。
[0010]所述的可逆发光，是在加压和卸压过程均在2.0?22.lGPa的压力下检测到荧光光谱，在小于2.0Gpa和大于22.lGpa时基本检测不到或根本检测不到荧光光谱。[〇〇11]所述的检测荧光光谱，是由固体激光器激发，激发光波长为532nm条件下进行的荧光光谱测试。[〇〇12]锡酸盐La2Sn207因稀土 La3+离子没有4f壳层，室温常压条件下不具有发光特性。但是，在压力的作用下由于La2Sn2〇7的电子结构发生变化，使得层与层之间的电子跃迀成为可能，从而诱导荧光光谱。La2Sn2〇7的荧光特性在常压室温的条件下未被显现出来，而仅在高压室温条件下呈现出压致发光特性。在一定压力的条件下La2Sn2〇7显现出荧光特性，这种由压力诱导激发的荧光称为压致发光。压力是诱导潜在荧光材料发光的一个重要因素，超过一定的阈值的压力又是淬灭发光材料发光特性的一个重要因素，该压致发光材料的电子结构的变化会随着压力的变化呈可逆改变，该压致发光材料属于可逆压致发光材料。这种可逆压致发光材料为科学研究和应用开发提供了一个新的方向。[〇〇13]本发明的锡酸盐La2Sn2〇7可逆压致发光的方法，使得La2Sn2〇7作为压致发光的智能材料，应用于材料应力损伤探测、压力传感器、压力开关和商标防伪等领域，可以作为深海或其他极端压力条件下工作的荧光压力传感器材料。锡酸盐La2Sn2〇7作为一种潜在的荧光压力传感器材料，由于其耐高温，抗电磁辐射污染，抗腐蚀能力强且不易被氧化，而增强了这种荧光压力传感器在高温、高压、有辐射及腐蚀、易氧化的恶劣环境中的工作能力。【附图说明】[〇〇14]图1是实施例1条件下的锡酸盐烧绿石La2Sn2〇7荧光光谱图。
[0015]图2是实施例2条件下的锡酸盐烧绿石La2Sn2〇7荧光光谱图。[〇〇16]图3是实施例3条件下的锡酸盐烧绿石La2Sn2〇7荧光光谱图。
[0017]图4是实施例4条件下的锡酸盐烧绿石La2Sn2〇7荧光光谱图。[〇〇18]图5是实施例5条件下的锡酸盐烧绿石La2Sn2〇7荧光光谱图。
[0019]图6是实施例6条件下的锡酸盐烧绿石La2Sn2〇7荧光光谱图。
[0020]图7是实施例7条件下的锡酸盐烧绿石La2Sn2〇7荧光光谱图。[〇〇21]图8是实施例8条件下的锡酸盐烧绿石La2Sn2〇7荧光光谱图。【具体实施方式】[〇〇22]本发明实施例中荧光光谱测试，均为室温条件下，且均由532nm固体激光器激发。 [〇〇23] 实施例1
[0024]作为对比例，将合成的纯相锡酸盐烧绿石La2Sn207粉末置于载玻片上进行常压室温条件下的荧光光谱测试。测试结果显示常压下无荧光特性。在室温条件下，由532nm固体激光器激发条件下的荧光光谱测试结果见图1。[〇〇25] 实施例2[0〇26]作为米用与实施例1相同的La2Sn2〇7粉末。将样品置于金刚石对顶站(DAC)密封样品腔中，以硅油作传压介质，红宝石荧光峰作为压力大小的标定对象。金刚石对顶砧(DAC) 装置样品腔内部压力逐步增大，进行荧光光谱测试。
[0027]作为对比例，压力为0.1GPa时，没有观察到荧光峰产生。具体的荧光光谱测试结果见图2。[〇〇28] 实施例3[〇〇29]将实施例2中的金刚石对顶砧(DAC)装置样品腔内部压力提升到2.0GPa，稳定3min钟测试荧光光谱。此条件下，在650nm到690nm波长范围内有四个弱的荧光峰出现。具体的荧光光谱测试结果见图3。由图3可见，在压力在2.0GPa时，开始导致烧绿石La2Sn2〇7产生焚光。
[0030]实施例4
[0031]将实施例3中的金刚石对顶砧(DAC)装置样品腔内部压力缓慢加到5.5GPa，稳定 3min测试荧光光谱。此条件下，在640nm到690nm波长范围内有五个相对实施例3较强的荧光峰，说明压力的在一定程度上可以提高烧绿石La2Sn2〇7的荧光效应，且将潜在的荧光峰激发出来。具体的荧光光谱测试结果见图4。[〇〇32] 实施例5[〇〇33]将实施例4中的金刚石对顶砧(DAC)装置样品腔内部压力缓慢加压到9.5GPa，稳定 3min测试焚光光谱。此条件下，在640nm到690nm波长范围内烧绿石La2Sn2〇7的焚光峰强度最强，说明加压进一步提高了荧光效应。具体的荧光光谱测试结果见图5。
[0034] 实施例6[〇〇35]将实施例5中的金刚石对顶砧(DAC)装置样品腔内部压力在9.5GPa和17.0GPa压力区间采取11.4GPa、13.lGPa、15.0Gpa等压力点测试烧绿石La2Sn2〇7样品的荧光光谱。此条件下，在640nm到690nm波长范围内荧光峰强度与实施例5没有明显变化，但是峰位随压力增加发生红移。具体的荧光光谱测试结果见图6。由图6可以看出，在9.5GPa和17.0Gpa压力区间样品的荧光效率趋于稳定状态。
[0036] 实施例7[〇〇37]将实施例6中的金刚石对顶砧(DAC)装置样品腔内部压力从17.1 GPa缓慢增加到 37.66?&，此区间范围内取18.46?3、22.16?3、25.06?3、28.26?3等压力点测试样品荧光光谱。此条件下，在640nm到690nm波长范围内荧光峰强度随压力增加逐渐减弱直到消失。说明压力超过一定阈值范围会导致荧光淬灭。具体的荧光光谱测试结果见图7。由图7可见，随着压力继续增加样品的荧光效率明显减弱，在压力大于22.1GPa时导致烧绿石La2Sn2〇7荧光基本消失;在25.0GPa时荧光峰完全消失。说明压力超过一定的阈值会导致荧光淬灭。
[0038]实施例8
[0039]将实施例7中的金刚石对顶砧(DAC)装置样品腔内部压力卸压到一个标准大气压。 此过程中取几个压力点测试样品荧光光谱，结果显示在640nm到690nm波长范围内烧绿石 La2Sn2〇7的荧光峰从无到有再到无，峰强度由弱变强再变弱直至完全消失。具体的荧光光谱测试结果见图8。实施例8表明:卸压过程样品的荧光光谱可恢复到加压时对应的荧光光谱状态，所以随压力增加或减弱荧光光谱呈现可逆变化。
【主权项】
1.一种使La2Sn2〇7材料可逆发光的方法，其特征在于，将La2Sn2〇7样品置于高压装置的 密封样品腔中，在常温下对样品加2.0?22.lGPa的压力，稳定3min检测荧光光谱。2.根据权利要求1所述的一种使La2Sn2〇7材料可逆发光的方法，其特征在于，所述的高 压装置，是金刚石对顶砧，选择T301钢片作垫片材料，以硅油作传压介质，红宝石荧光峰作 为压力大小的标定对象。3.根据权利要求1或2所述的一种使La2Sn2〇7材料可逆发光的方法，其特征在于，所述的 检测荧光光谱，是由固体激光器激发，激发光波长为532nm条件下进行的荧光光谱测试。
【文档编号】C09K11/78GK105969353SQ201610605300
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月29日
【发明人】王欣, 赵永胜, 朱品文
【申请人】吉林大学