摘要
力致发光是指材料受摩擦、刮划、挤压、撞击、拉伸、压缩等机械刺激所表现出来的一种发光现象。由于力致发光直接建立了力学参数与发光信号之间的关联，其在可视化力学传感方面展现出了独特的优势，基于力致发光的可视化力学传感在结构健康监测、生物力学监测、人机交互等领域具有广阔的应用前景。然而，目前已报道的力致发光材料总体上存在着发光颜色单一、发光效率不足以及发光瞬态性等问题，因此，亟需发展新型、高性能力致发光材料，以推动力致发光材料在可视化力学传感中的真正应用。 基于此，本论文主要报道了两种基于焦磷酸锶基质的力致发光材料(Sr2P2O7:Eu,Y和Sr2P2O7:Dy,Y)，系统研究了其发光性能和内在物理机制，结合材料力致发光性能与力学参数之间的关联性研究，进一步发展出基于力致发光强度以及发光颜色演变的可视化力学传感方法。具体研究结果总结如下： 1.采用高温固相法制备了Sr2P2O7:Eu,Y，由于Sr2P2O7具有封闭的三维网络结构，Eu2+和Eu3+两种发光中心在基质中得以共存。该材料除了具有良好的光致发光和长余辉性能，其在力学刺激下还表现出较强的以蓝色为主的力致发光。与以往材料不同，当机械源撤销后，Sr2P2O7:Eu,Y的力致发光还可以持续一段时间，证实该材料同时具有力致余辉性能。通过稀土离子掺杂浓度的调控，对其力致发光和力致余辉性能进行了优化，并通过分析Sr2P2O7:Eu,Y的热释光谱与力致光谱的温度依赖行为，进一步对其力致发光和力致余辉的物理机制进行了探讨。 2.为丰富Sr2P2O7体系的力致发光颜色，设计制备了Sr2P2O7:Dy,Y力致发光材料。与Sr2P2O7:Eu,Y材料类似，Sr2P2O7:Dy,Y除了具有光致发光性能外，还具有优异的力致发光和力致余辉性能。通过化学计量比调控Sr2+与稀土离子的浓度，对其力致发光和力致余辉性能进行了优化，并实现了力致发光颜色从绿色到黄色的演变。通过进一步研究Sr2P2O7:Dy,Y的热释光谱与力致发光光谱的温度依赖行为，对其力致发光和力致余辉的物理机制进行了探讨。 3.研究了Sr2P2O7:A,Y(A=Eu,Dy)复合弹性体在不同拉伸应力/应变下的力致发光光谱，通过建立复合弹性体力致发光强度与拉伸应变之间的关联，实现了基于Sr2P2O7:A,Y(A=Eu,Dy)力致发光强度的可视化应力/应变传感方法。通过利用Sr2P2O7:Eu,Y中蓝色发光中心Eu2+和红色发光中心Eu3+对应力/应变响应能力的区别，进一步实现了应力/应变诱导下的力致发光颜色演变，从而发展出一种可以通过力致发光颜色直接判断材料内部应力/应变的新型可视化力学传感方法。
NETL