专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
申请号 | CN202411699231.6 | 申请日 | 2024-11-26 |
公开(公告)号 | CN119552652A | 公开(公告)日 | 2025-03-04 |
申请人 | 昆明理工大学; | 申请人类型 | 学校 |
发明人 | 于杰; 王曼; 徐旭辉; 刘志超; 肖建强; | 第一发明人 | 于杰 |
权利人 | 昆明理工大学 | 权利人类型 | 学校 |
当前权利人 | 昆明理工大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
省份 | 当前专利权人所在省份:云南省 | 城市 | 当前专利权人所在城市:云南省昆明市 |
具体地址 | 当前专利权人所在详细地址:云南省昆明市呈贡区景明南路727号 | 邮编 | 当前专利权人邮编:650000 |
主IPC国际分类 | C09K11/61 | 所有IPC国际分类 | C09K11/61 ; C09K11/02 ; C08K3/16 ; C08L83/04 ; G01L1/24 |
专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
专利代理机构 | 北京盛询知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 黄伟城; |
摘要 | 本 发明 公开了一种用于检测零部件传送速度的 力 致发光材料及其制备方法和应用,属于速率检测技术领域,本发明采用高温固相法合成了CaF2∶x1%Tm3+,CaF2∶x2%Eu3+,CaF2∶x3%Tb3+三种 荧光 粉;基于这3种不同离子寿命调控荧光粉复合比例;将这3种 应力 发光荧光粉与PDMS复合制备成基于应力发光速率检测的 薄膜 ,使其在施加应力条件下,具备蓝色到红色的应力发光性能;由于发射中心的不同寿命,这些材料在相同的 摩擦力 旋转速度下表现出不同的ML拖尾长度;通过将这些RGB ML荧光粉整合到复合薄膜中,不同 颜色 的ML拖尾长度差异变得可见,这些差异随着旋转速度的增加而增加。最终,基于不同速度下ML拖尾长度的鲜艳色彩变化,成功实现了使用RGB ML薄膜的 轴承 转速 可视化 。 | ||
权利要求 | 1.一种用于检测零部件传送速度的力致发光材料,其特征在于,原料包括:PDMS胶、CaF2 |
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说明书全文 | 一种用于检测零部件传送速度的力致发光材料及其制备方法和应用 技术领域[0001] 本发明属于速率检测技术领域,尤其涉及一种用于检测零部件传送速度的力致发光材料及其制备方法和应用。 背景技术[0002] 高精密机械零部件在变速过程中极易因传动速度不匹配造成零部件的重大损伤,严重影响机械结构的稳定性。设备故障预警已成为近年来的研究热点。目前,对于零部件传送速度的检测主要采用光电传感器及高速相机等。然而,复杂的测试系统和高昂的设备价格限制了其应用。目前还没有一种简单便携的应变率检测方法。 [0003] 因此,现亟需提供一种简单便携的用于检测零部件传送速度的力致发光材料及其制备方法。 发明内容[0004] 针对上述技术问题,本发明提出了一种用于检测零部件传送速度的力致发光材料及其制备方法和应用。包括:采用高温固相法合成了红、绿、蓝(RGB)ML(力致发光)材料,包3+ 3+ 3+ 括:CaF2∶x1%Tm ,CaF2∶x2%Eu ,CaF2∶x3%Tb ,x为物质的量百分比;基于这3种不同离子寿命调控荧光粉复合比例;将这3种应力发光荧光粉与PDMS复合制备成基于应力发光速率 3+ 检测的薄膜;CaF2为具有典型的萤石结构,具有Fm‑3m的面心立方空间群,稀土离子(Tm , 3+ 3+ 2+ Eu ,Tb )取代Ca 的位置进入晶格;应力发光荧光粉在研磨条件下,不具备应力发光性能; 该应力发光材料在施加应力条件下,具备蓝色到红色的应力发光性能;由于发射中心的不同寿命,这些材料在相同的摩擦力旋转速度下表现出不同的ML拖尾长度;通过将这些RGB ML荧光粉整合到复合薄膜中,不同颜色的ML拖尾长度差异变得可见,这些差异随着旋转速度的增加而增加。最终,基于不同速度下ML拖尾长度的鲜艳色彩变化,成功实现了使用RGB ML薄膜的轴承转速可视化。 [0005] 为实现上述目的,本发明提供如下技术方案: [0006] 本发明技术方案之一: [0007] 一种用于检测零部件传送速度的力致发光材料,原料包括:PDMS胶和以CaF2为基3+ 3+ 3+ 体掺杂Tm 、Tb 、Eu 的三种应力发光荧光粉; [0008] 其中,所述三种应力发光荧光粉的化学式为:CaF2∶x1%Tm3+,CaF2∶x2%Eu3+,CaF2∶3+ x3%Tb ; [0009] x1=0.05‑0.25,x2=3‑7,x3=0.1‑0.8,上述百分数为占CaF2的摩尔百分数。 [0010] 优选的,所述CaF2∶x1%Tm3+的最强发射峰位于400‑500nm,CaF2∶x2%Eu3+的最强发3+ 射峰位于550‑650nm,CaF2∶x3%Tb 的最强发射峰位于500‑600nm。 [0011] 优选的,所述CaF2∶x1%Tm3+的发光寿命为2.1152μs,CaF2∶x2%Eu3+的发光寿命为3+ 1.4965ms,CaF2∶x3%Tb 的发光寿命为2.7205ms。 [0012] 优选的,所述应力发光荧光粉通过高温固相法制备得到。 [0013] 优选的,所述高温固相法的具体制备过程为: [0014] 按照用量配比,将CaF2分别与氧化铥、氧化铽、氧化铕混合,然后进行研磨、烧结,3+ 3+ 3+ 细化研磨,得到CaF2∶x1%Tm ,CaF2∶x2%Eu ,CaF2∶x3%Tb 应力发光荧光粉。 [0015] 优选的,所述研磨时间为0.5‑1h; [0016] 所述烧结过程为:在空气条件下,以5℃/min的升温速率升温至1100‑1200℃,然后在该温度下烧结1h; [0017] 所述细化研磨的条件为:细化研磨时间为5‑10min。 [0018] 优选的,所述PDMS胶由PDMS(聚二甲基硅氧烷)A胶和市售PDMS B胶(固化剂),按照质量比为10∶1混合得到,两者购买自Dow Corning,型号是Sylgard 184silicon elastomer。 [0019] 本发明技术方案之二: [0020] 上述力致发光材料的制备方法,包括以下步骤: [0021] 将三种所述荧光粉与PDMS胶混合,于聚四氟乙烯模具静置,然后烘干,脱模制备得到。 [0022] 优选的,所述每种应力发光荧光粉与PDMS胶的质量比均为1∶(1‑4)。 [0023] 优选的,所述静置过程为:室温条件下,静置时间为5‑30min。 [0024] 优选的,所述烘干条件为:于60‑80℃烘干2‑4h。 [0025] 本发明技术方案之三: [0026] 上述力致发光材料在可视化检测零部件传送速度领域中的应用。 [0027] 优选的,所述可视化检测零部件传送速度的步骤为: [0028] 将上述力致发光材料附着在亚克力管内壁上; [0029] 通过调整力致发光材料表面的ML拖尾颜色来测量轴承的转速; [0030] 在不同的加载速率下,使用相机记录复合膜的ML拖尾照片; [0033] 与现有技术相比,本发明具有如下优点和技术效果: [0036] 图1为本发明实施例1制备应力发光复合薄膜的工艺流程图; [0037] 图2为本发明实施例1制备得到的三种荧光粉的XRD图; [0038] 图3为本发明实施例1制备得到的三种荧光粉的激发和发射光谱; [0039] 图4为实施例1固化后三种荧光粉的发光光谱图; [0040] 图5为实施例1速率探测的应力发光薄膜的应力发光实物图片; [0041] 图6为实施例1中CaF2:x1%Tm3+荧光粉,CaF2:x2%Eu3+荧光粉,CaF2:x3%Tb3+荧光粉的寿命衰减曲线; [0042] 图7为相机记录应力发光薄膜的ML拖尾照片和采用分离技术分离的三种颜色ML拖尾长度图片; [0043] 图8为不同转速、不同混合比例下应力发光薄膜的力学发光拖尾的颜色物理照片。 具体实施方式[0044] 现详细说明本发明的多种示例性实施方式,该详细说明不应认为是对本发明的限制,而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。 [0045] 应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式,并非用于限制本发明。另外,对于本发明中的数值范围,应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。 [0046] 除非另有说明,否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料,但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入,用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时,以本说明书的内容为准。 [0047] 在不背离本发明的范围或精神的情况下,可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化,这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。 [0048] 关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等,均为开放性的用语,即意指包含但不限于。 [0049] 一种用于应变率检测的发光材料,采用高温固相法合成了红、绿、蓝(RGB)ML材料,3+ 3+ 3+ 该发光材料的原料包括:CaF2∶x1%Tm ,CaF2∶x2%Eu ,CaF2∶x3%Tb (x为物质的量百分比。 2+ 其中,稀土离子代替Ca 的位置进入晶格)、PDMS A胶和固化胶B胶。 [0050] 涉及的原理为:本发明基于3种不同离子寿命调控荧光粉复合比例,将这3种应力发光荧光粉与PDMS复合制备成基于应力发光速率检测的薄膜。 [0051] 应力发光荧光粉在研磨条件下,不具备应力发光性能;所述应力发光材料在施加3+ 应力条件下,具备蓝色到红色的应力发光性能,CaF2∶Tm 的最强发射峰位于400‑500nm, 3+ 3+ CaF2∶Eu 的最强发射峰位于550‑650nm,CaF2∶Tb 的最强发射峰位于500‑600nm。 [0052] 通过拟合计算,CaF2∶Tm3+的发光寿命为2.1152μs,CaF2∶Eu3+为1.4965ms,CaF2∶Tb3+为2.7205ms。发射中心的不同寿命,这些材料在相同的摩擦力时,不同的旋转速度下表现出不同的拖尾长度。当发射中心的寿命较短时,它们会更快地过渡到基态,从而导致荧光持续时间和拖尾长度更短。相反,当发射中心的荧光寿命较长时,它们停留在激发态的时间较长,导致发光的持续时间较长,从而导致拖尾长度较长。 [0053] 通过将这些RGB ML荧光粉整合到复合薄膜中,不同颜色的ML拖尾长度差异变得可见,这些差异随着旋转速度的增加而增加。 [0054] 本发明还公开了一种基于应力发光材料的制备方法,包括以下步骤: [0055] 步骤1:基于氟化钙掺杂稀土的荧光粉制备。将氟化钙分别与氧化铥、氧化铽、氧化铕置于研钵中,滴加无水乙醇后,以一定条件进行混合研磨,至无水乙醇完全挥发即可得到混合原料;然后,在一定条件下,将混合原料进行烧结,烧结完毕并自然冷却后,以一定条3+ 3+ 件,将所得烧结产物进行细化研磨,即可得到基于CaF2∶x1%Tm ,CaF2∶x2%Eu ,CaF2∶x3% 3+ Tb 荧光粉。 [0056] 步骤2:基于氟化钙荧光粉的应力发光材料的制备。首先,以PDMS胶和固化剂的质量比满足一定比例,将PDMS胶和固化剂进行混合均匀,并且无气泡产生,得到PDMS混合液,之后,以步骤1所得荧光粉按照一定比例混合均匀,再与PDMS混合液的质量比满足一定比例混合,将荧光粉与PDMS的混合液倒入聚四氟乙烯模具中,在一定条件下,将模具进行静置,最后,将模具进行烘干,烘干完毕后进行脱模,即可得到基于氟化钙的应力发光薄膜。 [0057] 在一些优选实施例中,步骤1中,混合研磨的条件为:混合研磨时间为0.5‑1h;细化研磨的条件为,细化研磨时间为5‑10min; [0058] 烧结的条件为:在空气条件下,升温速率为5℃/min,反应烧结温度为1100‑1200℃,烧结时间为1h。 [0059] 在一些优选实施例中,步骤2中,PDMS和固化剂按照的质量比为10∶1,荧光粉与PDMS混合液的质量比为(1∶1)‑(1∶4); [0060] 静置的条件为:静置温度为室温条件下,静置时间为5‑30min; [0061] 烘干的条件为:烘干温度为60‑80℃,烘干时间为2‑4h。 [0062] 本发明中所述的“室温”如无特别说明,均指20‑30℃。 [0063] 本发明所述的“份”,如无特别说明,均指质量份。 [0064] 本发明中所用原料均为市场上购买所得。 [0065] 以下通过实施例对本发明的技术方案做进一步说明。 [0066] 实施例1 [0067] 如图1所示,一种用于检测零部件传送速度的力致发光材料的制备方法,具体步骤如下: [0068] (1)将市售PDMS(聚二甲基硅氧烷)A胶、市售PDMS B胶(固化剂)、CaF2∶Tm3+,CaF2∶3+ 3+ Tb ,CaF2∶Eu 荧光粉混合均匀形成混合浆料;其中混合浆料中,市售PDMS A胶(主胶)20份、 3+ 3+ 3+ 市售PDMS B胶(固化剂)2份、CaF2∶Tm 荧光粉10份,CaF2∶Tb 荧光粉15份,CaF2∶Eu 荧光粉 20份; [0069] (2)将荧光粉按照比例混合均匀,再与PDMS混合液(按照重量份数,将PDMS A胶(主胶)和市售PDMS B胶混合得到)混合,将荧光粉与PDMS的混合液倒入聚四氟乙烯模具中,将模具进行静置10min,消除混合液中的气泡,最后,在70℃条件下将模具进行烘干2h,烘干完毕后进行脱模,即可得到基于氟化钙的应力发光薄膜。 [0070] 其中,CaF2∶Tm3+荧光粉的制备步骤如下: [0071] 1)将氟化钙和氧化铥混合均匀得到混合物;氧化铥的摩尔量分别为氟化钙总摩尔量的0.05%,0.10%,0.15%,0.20%,0.25%; [0072] 2)将混合物置于保护气体氛围中,以5℃/min的升温速率匀速升温至温度1200℃3+ 并高温固相反应1h,冷却至室温,得到CaF2∶Tm 荧光粉; [0073] CaF2∶Tm3+荧光粉的XRD图见图2,从图2可知,所制得样品XRD与标准PDF卡片(35‑0816)高度吻合,表明所制备样品为纯相; [0074] 固化后激发,发射光谱图见图3,从图3可知,光致发光表现为400‑500nm的蓝色发射; [0075] 固化后应力发光光谱见图4,从图4中可知,其应力发光与光致发光均来自于同一发光中心,并且最佳掺杂浓度为0.15%; [0076] 混合浆料固化后应力发光实物图片见图5中(a),从图中可看出,其应力发光表现为明亮的蓝色发射。 [0077] CaF2∶Tb3+荧光粉的制备方法,具体步骤如下: [0078] 1)将氟化钙和氧化铽混合均匀得到混合物;氧化铽的摩尔量分别为氟化钙总摩尔量的0.1%,0.2%,0.4%,0.6%,0.8%; [0079] 2)将混合物置于保护气体氛围中,以5℃/min的升温速率匀速升温至温度1200℃3+ 并高温固相反应1h,冷却至室温,得到CaF2∶Tb 荧光粉; [0080] CaF2∶Tb3+荧光粉的XRD图见图2,从图2可知,所制得样品XRD与标准PDF卡片(35‑0816)高度吻合,表明所制备样品为纯相; [0081] 固化后激发、发射光谱图见图3,从图3可知,光致发光表现为500‑600nm的绿色发射; [0082] 固化后应力发光光谱见图4,从图中可知,其应力发光与光致发光均来自于同一发光中心,并且最佳掺杂浓度为0.4%。 [0083] 混合浆料固化后应力发光实物图片见图5(b),从图中可以看出,其应力发光表现为明亮的绿色发射。 [0084] CaF2∶Eu3+荧光粉的制备方法,具体步骤如下: [0085] 1)将氟化钙和氧化铕混合均匀得到混合物;氧化铕的摩尔量分别为氟化钙总摩尔量的3.0%,4.0%,5.0%,6.0%,7.0%; [0086] 2)将混合物置于保护气体氛围中,以5℃/min的升温速率匀速升温至温度1200℃3+ 并高温固相反应1h,冷却至室温,得到CaF2∶Eu 荧光粉; [0087] CaF2∶Eu3+荧光粉的XRD图见图2,从图2可知,所制得样品XRD与标准PDF卡片(35‑0816)高度吻合,表明所制备样品为纯相; [0088] 固化后激发、发射光谱图见图3,从图3可知,光致发光表现为550‑650nm的红色发射; [0089] 固化后应力发光光谱见图4,从图中可知,其应力发光与光致发光均来自于同一发光中心,并且最佳掺杂浓度为5.0%; [0090] 混合浆料固化后应力发光实物图片见图5(c),从图中可以看出,其应力发光表现为明亮的红色发射。 [0091] 综上,通过检测多色ML薄膜拖尾长度的差异,可以实现转速的视觉检测。因此,本申请利用开发的ML多色薄膜来检测轴承的转速。 [0092] 图6为实施例1中CaF2:Tm3+荧光粉,CaF2:Eu3+荧光粉,CaF2:Tb3+荧光粉的寿命衰减3+ 3+ 曲线;从图中可以看出CaF2∶Tm 的发光寿命为2.1152μs,CaF2∶Eu 的发光寿命为1.4965ms, 3+ CaF2∶Tb 的发光寿命为2.7205ms。 [0093] 此外,本发明还公开了一种基于机械发光拖尾的应变率可视化的检测方法,包括以下步骤: [0094] 将上述最优条件下制备得到的ML多色复合薄膜CaF2∶0.15%Tm3+/CaF2∶5%Eu3+/3+ CaF2∶0.4%Tb @PDMS附着在亚克力管内壁上; [0095] 使用MS‑T3001模拟轴承的内部结构,通过微调复合膜表面的ML拖尾颜色来测量轴承的转速; [0096] 在不同的加载速率下(500r/min、1000r/min、1500r/min、2000r/min、2500r/min、3000r/min),使用相机记录复合膜的ML拖尾照片(图7中i); [0097] 随后,采用Adobe Photoshop 2020软件分离原始图像的色调,分别提取蓝色、红色和绿色ML拖尾长度(如图7中ii、iii和iv所示); [0098] 通过计算它们之间的差异,实现转速的视觉检测。 [0099] 实施例2 [0100] 与实施例1的区别之处在于,用于检测零部件传送速度的力致发光材料的制备步3+ 3+ 骤(1)中,将三种荧光粉替换为两种,其中,CaF2∶0.15%Tm 和CaF2∶0.4%Tb 的重量份数分别为:10份、0份;8份、2份;6份、4份;4份、6份;2份、8份;0份、10份。 [0101] 图8中(a)显示了不同转速下不同混合比例下的CaF2∶0.15%Tm3+/CaF2∶0.4%Tb3+3+ 3+ 复合膜的物理照片。通过改变CaF2∶0.15%Tm /CaF2∶0.4%Tb 的混合比例,力学发光拖尾的颜色表现出明显的变化。此外,随着转速的增加,ML拖尾长度逐渐延长,展示了其视觉转速检测的潜力。 [0102] 实施例3 [0103] 与实施例1的区别之处在于,用于检测零部件传送速度的力致发光材料的制备步3+ 3+ 骤(1)中,将三种荧光粉替换为两种,其中,CaF2∶0.15%Tm 和CaF2∶5.0%Eu 的重量份数分别为:10份、0份;8份、2份;6份、4份;4份、6份;2份、8份;0份、10份。 [0104] 图8中(b)显示了不同转速下不同混合比例下的CaF2∶0.15%Tm3+/CaF2∶5.0%Eu3+3+ 3+ 复合膜的物理照片。通过改变CaF2∶0.15%Tm /CaF2∶5.0%Eu 的混合比例,力学发光拖尾的颜色表现出明显的变化。此外,随着转速的增加,ML拖尾长度逐渐延长,展示了其视觉转速检测的潜力。 [0105] 实施例4 [0106] 与实施例1的区别之处在于,用于检测零部件传送速度的力致发光材料的制备步3+ 3+ 骤(1)中,将三种荧光粉替换为两种,其中,CaF2∶5.0%Eu 和CaF2∶0.4%Tb 的重量份数分别为:10份、0份;8份、2份;6份、4份;4份、6份;2份、8份;0份、10份。 [0107] 如图8中(c)显示了不同转速下不同混合比例下的CaF2∶5.0%Eu3+/CaF2∶0.4%Tb3+3+ 3+ 复合膜的物理照片。通过改变CaF2∶5.0%Eu /CaF2∶0.4%Tb 的混合比例,力学发光拖尾的颜色表现出明显的变化。此外,随着转速的增加,ML拖尾长度逐渐延长,展示了其视觉转速检测的潜力。 [0108] 以上,仅为本申请较佳的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。 |