1.一种力致发光材料，其特征在于，所述力致发光材料的化学表达式为：Cs3GdGe3O9:xTb3+,yEu3+,zNa+;
其中，化学表达式中的Tb3+为激活剂，Cs3GdGe3O9为基质，Eu3+提供第二发光中心，通过Na+对Cs+的取代调控缺陷能级含量及分布，用以实现所述力致发光材料的颜色可调；
以摩尔百分含量计：0＜x＜0.5，0≤y＜0.5，0≤z＜0.5。
2.如权利要求1所述的一种力致发光材料，其特征在于，0.01≤x≤0.15。
3.如权利要求1所述的一种力致发光材料，其特征在于，0≤y≤0.20。
4.如权利要求1所述的一种力致发光材料，其特征在于，0≤z≤0.20。
5.一种力致发光材料的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1至4任一项所述的力致发光材料，包括如下步骤：
S100、按化学计量比称取原料，在研钵内研磨、混合均匀，得到第一混合粉体；
S200、将第一混合粉体转移至坩埚后放入马弗炉中，在空气条件下预烧至500℃～600℃，保温12h～24h后，冷却至室温，得到第二混合粉体；
S300、将第二混合粉体在研钵内研磨均匀后，转移至坩埚中，放入马弗炉中，在空气条件下以1℃/min～5℃/min的升温速率升温至1000℃～1150℃，保温烧结反应12h～24h后，冷却至室温，得到块状的力致发光材料。
6.如权利要求5所述的一种力致发光材料的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：
S400、将块状力致发光材料研磨均匀，得到力致发光材料粉体。
7.如权利要求5所述的一种力致发光材料的制备方法，其特征在于，S100中和S300中的研钵均为玛瑙研钵。
8.一种力致发光材料在集成传感方面的应用，其特征在于，所述力致发光材料为权利要求1至4任一项所述的力致发光材料。
9.如权利要求8所述的一种力致发光材料在集成传感方面的应用，其特征在于，所述应用包括在监测转动物体转速和表面温度中的应用。
10.如权利要求8所述的一种力致发光材料在集成传感方面的应用，其特征在于，所述应用包括在监测转动物体转速和环境温度中的应用。

技术领域
[0001]本发明涉及发光材料技术领域，尤其涉及一种力致发光材料、制备方法及其在集成传感方面的应用。
背景技术
[0002]温度与速度是常见且关键的物理指标，在精密仪器及大型机械的高速运转过程是重要的监测指标。实时监测轴承部件的温度与速度，以规避超温、超速对设备的损伤及安全事故的发生是实验研究、运输以及工业制造业等领域关注的重点问题。但目前对温度与速度的获取大多借助两套独立的传感系统，需要分别进行探测与算法分析。随着科技的发展，人们对传感的需求极大提高，简洁集成的传感器件和监测方法成为追求的主要目标。
[0003]采用电子信号的传统电阻式和电容式传感器具有容易受到电磁、杂散电容和热干扰的缺点，因此如何提供稳定的新型传感方式成为亟需解决的技术问题。力致发光材料是一类在机械刺激下发射光子的智能传感材料。基于力致发光材料制备的应力传感器由于具有不需要动力驱动、功耗低等优点，得到了广泛的关注和应用。然而目前力致发光材料几乎只应用于应力传感中，在少数情况下，温度传感是通过额外的激发光源及算法的上/下转换发光实现的，并且需要单独探测应力的系统，上述局限性影响了力致发光材料在真实场景中的应用。
[0004]因此，如何提供一种力致发光材料及其制备方法以使其能够应用于集成传感方面是目前亟需解决的技术问题。
发明内容
[0005]本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提供一种力致发光材料；本发明的第二个目的在于提供一种力致发光材料的制备方法；本发明的第三个目的在于提供一种力致发光材料在集成传感方面的应用。
[0006]为了实现第一个目的，本发明所采取的技术方案为：
一种力致发光材料，所述力致发光材料的化学表达式为：Cs3GdGe3O9:xTb3+,yEu3+,zNa+;
其中，化学表达式中的Tb3+为激活剂，Cs3GdGe3O9（缩写为CGGO）为基质，Eu3+提供第二发光中心，通过Na+对Cs+的取代调控缺陷能级含量及分布，用以实现所述力致发光材料的颜色可调；
以摩尔百分含量计：0＜x＜0.5，0≤y＜0.5，0≤z＜0.5。
[0007]进一步地，0.01≤x≤0.15。
[0008]进一步地，0≤y≤0.20。
[0009]进一步地，0≤z≤0.20。
本发明的第二个目的，在于提供一种力致发光材料的制备方法；
[0010]一种力致发光材料的制备方法，用于制备上述力致发光材料，包括如下步骤：
S100、按化学计量比称取原料，在研钵内研磨、混合均匀，得到第一混合粉体；
S200、将第一混合粉体转移至坩埚后放入马弗炉中，在空气条件下预烧至500℃～600℃，保温12h～24h后，冷却至室温，得到第二混合粉体；
S300、将第二混合粉体在研钵内研磨均匀后，转移至坩埚中，放入马弗炉中，在空气条件下以1℃/min～5℃/min的升温速率升温至1000℃～1150℃，保温烧结反应12h～24h后，冷却至室温，得到块状力致发光材料。
[0011]进一步地，还包括：
S400、将块状力致发光材料研磨均匀，得到力致发光材料粉体。
[0012]进一步地，S100中和S300中的研钵均为玛瑙研钵。
[0013]为了实现第三个目的，本发明所采取的技术方案为：
一种力致发光材料在集成传感方面的应用，所述力致发光材料为上述力致发光材料。
[0014]进一步地，所述应用包括在监测转动物体转速和表面温度中的应用。
[0015]进一步地，所述应用包括在监测转动物体转速和环境温度中的应用。
[0016]本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
本发明提供的力致发光材料Cs3GdGe3O9:xTb3+,yEu3+,zNa+（简写为CGGTEN），在单色力致发光荧光粉Cs3GdGe3O9:xTb3+（简写：CGGT）中利用镧系离子Eu3+的共掺引入第二种特征发射波段及阳离子Na+的取代调控有利缺陷，实现力致发光的色度可调，调控方法简单，效果可通过掺杂浓度有效调节。
[0017]通过对CGGTEN的温度响应情况及灵敏度分析和CGGTEN的速度响应情况及置信区间的分析，结果表明CGGTEN具有优秀的温敏力致发光变色性能，表现出出色的传感能力，力致发光颜色变化明显因此显现出温度变化的可视性，速度与温度监测同时进行，及超高的测温灵敏度，力致发光与摩擦速度呈线性相关。因此，本发明提供的力致发光材料具有温度、速度传感的潜力，有望在集成传感方面获得应用。
[0018]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0019]图1是本发明实施例1提供的基质粉体及实施例2至6提供的力致发光材料粉体的X射线衍射谱。
[0020]图2是本发明实施例3提供的力致发光材料在不同高度自由落体的小球撞击下的力致发光光谱图。
[0021]图3是本发明实施例7至12提供的力致发光材料粉体X射线衍射谱及基质粉末衍射卡（the Powder Diffraction File，简称PDF）。
[0022]图4是本发明实施例7至12提供的力致发光材料在相同撞击力下的力致发光光谱图。
[0023]图5是本发明实施例7至12提供的力致发光材料在相同撞击力下的力致发光色度坐标图。
[0024]图6是本发明实施例9提供的力致发光材料的不同温度下的力致发光三维投影图。
[0025]图7是本发明实施例9提供的力致发光材料的不同温度下的力致发光光谱图。
[0026]图8是本发明实施例9提供的力致发光材料的在612nm和550nm波长下的变温力致发光强度。
[0027]图9是本发明实施例9提供的力致发光材料在不同温度下的力致发光色度坐标图。
[0028]图10是本发明实施例9提供的力致发光材料的荧光强度比与温度的关系图。
[0029]图11是本发明实施例9提供的力致发光材料的绝对灵敏度和相对灵敏度与温度的关系。
[0030]图12是本发明实施例9提供的力致发光材料在不同转速下的力致发光光谱图。
[0031]图13是本发明实施例9提供的力致发光材料的力致发光强度与转速变化的关系图及线性分析。
[0032]图14为本发明实施例提供的两种温度、速度同时监测的应用场景示意图。
具体实施方式
[0033]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体的实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
[0034]在以下的实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
一种力致发光材料，所述力致发光材料的化学表达式为：Cs3GdGe3O9:xTb3+,yEu3+,zNa+;
其中，化学表达式中的Tb3+为激活剂，Cs3GdGe3O9（缩写为CGGO）为基质，Eu3+提供第二发光中心，通过Na+对Cs+的取代调控缺陷能级含量及分布，用以实现所述力致发光材料的颜色可调；
[0035]以摩尔百分含量计：0＜x＜0.5，0≤y＜0.5，0≤z＜0.5。
[0036]根据本发明提供的一个具体实施例，0.01≤x≤0.15。
[0037]根据本发明提供的一个具体实施例，0≤y≤0.20。
[0038]根据本发明提供的一个具体实施例，0≤z≤0.20。
[0039]一种力致发光材料的制备方法，包括如下步骤：
S100、按化学计量比称取原料，在研钵内研磨、混合均匀，得到第一混合粉体；
S200、将第一混合粉体转移至坩埚后放入马弗炉中，在空气条件下预烧至500℃～600℃，保温12h～24h后，冷却至室温，得到第二混合粉体；
S300、将第二混合粉体在研钵内研磨均匀后，转移至坩埚中，放入马弗炉中，在空气条件下以1℃/min～5℃/min的升温速率升温至1000℃～1150℃，保温烧结反应12h～24h后，冷却至室温，得到块状力致发光材料。
[0040]根据本发明提供的一个具体实施例，还包括如下步骤：
S400、将块状力致发光材料研磨均匀，得到力致发光材料粉体。
[0041]下面结合具体的实施例对本发明作进一步的说明。
[0042]实施例1 Cs3GdGe3O9的制备。
[0043]包括如下步骤：
S100、称取碳酸铯1.49g、氧化钆0.55g和氧化锗0.96g，在玛瑙研钵中充分研磨，混合均匀，得到第一混合粉体；
S200、将第一混合粉体转移至刚玉坩埚中，放入马弗炉中，在空气条件下预烧至600℃，保温12h后，冷却至室温，得到第二混合粉体；
S300、将第二混合粉体在玛瑙研钵内研磨均匀后，转移至坩埚后放入马弗炉中，在空气条件下以5℃/min的升温速率升温至1000℃，保温烧结反应12h后，冷却至室温，得到块状力致发光材料；
S400、将力致发光材料研磨均匀，得到应力发光材料粉体。
[0044]实施例2 Cs3GdGe3O9:0.01Tb3+的制备。
[0045]Cs3GdGe3O9:0.01Tb3+的制备过程与实施例1基本相同，不同之处在于在S100中原料的组成不同，本实施例的原料组成为：碳酸铯1.49g、氧化钆0.55g、氧化锗0.96g和七氧化四铽0.006g，其余步骤同实施例1。
[0046]实施例3 Cs3GdGe3O9:0.03Tb3+的制备。
[0047]Cs3GdGe3O9:0.03Tb3+的制备过程与实施例1基本相同，不同之处在于在S100中原料的组成不同，本实施例的原料组成为：碳酸铯1.49g、氧化钆0.54g、氧化锗0.96g和七氧化四铽0.017g，其余步骤同实施例1。
[0048]实施例4 Cs3GdGe3O9:0.07Tb3+的制备。
[0049]Cs3GdGe3O9:0.07Tb3+的制备过程与实施例1基本相同，不同之处在于在S100中原料的组成不同，本实施例的原料组成为：碳酸铯1.49g、氧化钆0.51g、氧化锗0.96g和七氧化四铽0.040g，其余步骤同实施例1。
[0050]实施例5 Cs3GdGe3O9:0.11Tb3+的制备。
[0051]Cs3GdGe3O9:0.11Tb3+的制备过程与实施例1基本相同，不同之处在于在S100中原料的组成不同，本实施例的原料组成为：碳酸铯1.49g、氧化钆0.50g、氧化锗0.96g和七氧化四铽0.063g，其余步骤同实施例1。
[0052]实施例6 Cs3GdGe3O9:0.15Tb3+的制备。
[0053]Cs3GdGe3O9:0.15Tb3+的制备过程与实施例1基本相同，不同之处在于在S100中原料的组成不同，本实施例的原料组成为：碳酸铯1.49g、氧化钆0.47g、氧化锗0.96g和七氧化四铽0.085g，其余步骤同实施例1。
[0054]实施例7 Cs3GdGe3O9:0.03Tb3+,0.1Na+的制备。
[0055]Cs3GdGe3O9:0.03Tb3+,0.1Na+的制备过程与实施例1基本相同，不同之处在于在S100中原料的组成不同，本实施例的原料组成为：碳酸铯1.54g、氧化钆0.55g、氧化锗0.99g、七氧化四铽0.018g和碳酸钠0.017g，其余步骤同实施例1。
[0056]实施例8 Cs3GdGe3O9:0.03Tb3+,0.005Eu3+,0.1Na+的制备。
[0057]Cs3GdGe3O9:0.03Tb3+,0.005Eu3+,0.1Na+的制备过程与实施例1基本相同，不同之处在于在S100中原料的组成不同，本实施例的原料组成为：碳酸铯1.54g、氧化钆0.55g、氧化锗0.99g、七氧化四铽0.018g、碳酸钠0.017g和氧化铕0.003g，其余步骤同实施例1。
[0058]实施例9 Cs3GdGe3O9:0.03Tb3+,0.01Eu3+,0.1Na+的制备。
[0059]Cs3GdGe3O9:0.03Tb3+,0.01Eu3+,0.1Na+的制备过程与实施例1基本相同，不同之处在于在S100中原料的组成不同，本实施例的原料组成为：碳酸铯1.54g、氧化钆0.55g、氧化锗0.99g、七氧化四铽0.018g、碳酸钠0.017g和氧化铕0.006g，其余步骤同实施例1。
[0060]实施例10 Cs3GdGe3O9:0.03Tb3+,0.03Eu3+,0.1Na+的制备。
[0061]Cs3GdGe3O9:0.03Tb3+,0.03Eu3+,0.1Na+的制备过程与实施例1基本相同，不同之处在于在S100中原料的组成不同，本实施例的原料组成为：碳酸铯1.54g、氧化钆0.54g、氧化锗0.99g、七氧化四铽0.018g、碳酸钠0.017g和氧化铕0.017g，其余步骤同实施例1。
[0062]实施例11 Cs3GdGe3O9:0.03Tb3+,0.06Eu3+,0.1Na+的制备。
[0063]Cs3GdGe3O9:0.03Tb3+,0.06Eu3+,0.1Na+的制备过程与实施例1基本相同，不同之处在于在S100中原料的组成不同，本实施例的原料组成为：碳酸铯1.54g、氧化钆0.52g、氧化锗0.99g、七氧化四铽0.018g、碳酸钠0.017g和氧化铕0.033g，其余步骤同实施例1。
[0064]实施例12 Cs3GdGe3O9:0.03Tb3+,0.2Eu3+,0.1Na+的制备。
[0065]Cs3GdGe3O9:0.03Tb3+,0.06Eu3+,0.1Na+的制备过程与实施例1基本相同，不同之处在于在S100中原料的组成不同，本实施例的原料组成为：碳酸铯1.54g、氧化钆0.44g、氧化锗0.99g、七氧化四铽0.018g、碳酸钠0.017g和氧化铕0.111g，其余步骤同实施例1。
[0066]本发明实施例1提供的基质粉体及实施例2至6提供的力致发光材料粉体的X射线衍射谱如图1所示，结果表明实施例2至6提供的力致发光材料中没有明显杂质项。
[0067]实施例3提供的力致发光材料在高度分别为10cm、20cm、30cm、40cm、50cm情况下，自由落体的小球撞击下的力致发光光谱图，如图2所示。
实施例7至12提供的力致发光材料粉体X射线衍射谱及基质（CGGO）粉体的X射线衍射分析（X-raydiffraction，缩写XRD）如图3所示，结果表明：实施例7至12提供的力致发光材料没有明显杂项；
[0068]图4、图5结果表明：实施例7至12提供的力致发光材料具有弹性力致发光的性能。
[0069]图6至图13结果表明：本发明提供的力致发光材料力致发光强度与施加应力的玻璃棒转速线性相关并具有温度敏感的力致发光颜色调节性质，玻璃棒的转速与力致发光强度的关系如表1所示。
表1

[0070]实施例13 本发明提供的力致发光材料在温-速传感中的应用。
[0071]本发明实施例提供的块状的力致发光强度随玻璃棒划过的速度提升而增强，并且颜色在温度升高过程中呈现由绿到黄的转变，速度与温度变化情况可以通过力致发光现象的改变而直观可见，并可通过感光耦合组件拍照：室温下，样品与玻璃棒或针状物接触的地方出现绿色的力致发光现象，升高转速，力致发光强度增强。温度从室温25℃（298K）升至125℃（398K）的过程中，力致发光颜色从绿色连续变化至黄色。可通过感光耦合组件接收的光信号在计算机收集力致发光光谱情况并进行精准分析：光谱强度对应转动速度（数据处理分析方法如图12和图13所示），光谱中612nm与550nm处的谱峰强度比I 550nm/I 612nm对应温度（数据处理分析方法如图10所示）。基于此，设计两种温度、速度同时监测的应用场景，应用场景示意图如图14所示。
[0072]一、实时监测转动物体转速及表面的温度。
[0073]将实施例7至12任一S300得到的块状力致发光材料粘在物体的转动中轴上。在254nm紫外灯预照射后，将玻璃棒或针状物的一端固定在样品的上表面。物体开始转动后，通过肉眼可见的力致发光亮度及颜色改变可以直观判断速度与温度变化；利用光谱强度变化及力致发光双峰强度比数值可以准确获取转动物体转速与表面温度。
[0074]二、实时监测转动物体转速及环境温度。
[0075]将实施例7至12任一S300得到的块状力致发光材料固定在支撑板上。使固定在物体表面的玻璃棒或针状物与力致发光材料表面接触。当物体开始转动，通过肉眼可见的力致发光亮度及颜色改变可以直观判断物体转速与环境温度变化；利用光谱强度变化及力致发光双峰强度比数值可以准确获取转动物体转速与环境温度。
[0076]根据本发明提供的制备过程，采用传统的高温固相反应法制备，在空气条件下烧结，制备工艺简单，反应条件可控，对环境无污染，制备过程中无有害物质产生。
[0077]通过本发明提供的力致发光材料在单色力致发光荧光粉CGGT中利用镧系离子Eu3+的共掺引入第二种特征发射波段及阳离子Na+的取代调控有利缺陷，进而实现力致发光材料的力致发光色度可调，调控方法简单，效果可通过掺杂浓度有效调节。
[0078]本发明提供的温敏力致发光色度可调荧光粉CGGTEN具有优秀的温敏力致发光变色性能，表现出出色的传感能力，如力致发光颜色变化明显而显现出温度变化可视性，速度与温度监测同时进行，及超高的测温灵敏度。相对灵敏度接近多数温敏光致发光材料的最高水平，并且此材料的力致发光与摩擦速度成线性相关。因此根据本发明提供的力致发光材料具有温度、速度传感的潜力。
[0079]本发明提供基于CGGTEN提出的两种同时测温、测速的应用场景。基于力致发光强度比及发光颜色可视化的传感手段设计的对物体表面及环境温度的监测，且颜色变化明显。同时基于力致发光强度变化达到对物体转速监测的目的。该应用设计通过CGGTEN力致发光颜色对温度的高灵敏度及对转速的线性相关，首次实现了定量可视化温-速集成传感。
[0080]上述应用设计规避了现阶段双系统的探测及算法，通过在单个单元中产生应力发光信号，实现具有温-速双重响应的机械传感，可以促进进一步的算法分析和器件集成，为未来复合功能一体化的探测提供了新思路。
[0081]最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。