Sacrificing trap density to achieve short-delay and high-contrast mechanoluminescence for stress imaging

机械容积 存水弯(水管) 材料科学 压力(语言学) 荧光粉 持续发光 发光 光学 光电子学 物理 语言学 热释光 哲学 气象学
作者
Juncheng Zhang,Xiangpan Fan,Xu Yan,Fengnian Xia,Weijin Kong,Yun‐Ze Long,Xusheng Wang
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier BV]
卷期号:152: 148-154 被引量:68
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2018.04.011
摘要

Trap-controlled mechanoluminescence (ML) enables the direct observation of stress concentration of load-bearing objects through imaging the ML distribution, showing numerous prospects in stress detection, bio-imaging and optical displays. However, the applications of trap-controlled ML materials universally require long-time delay to fade the noise of symbiotic persistent luminescence (PersL) in order to achieve high-contrast ML images. In view of the difficulty to solve the PersL problem through individually eliminating the PersL traps, herein we propose a novel strategy of sacrificing trap density which decreases PersL and ML traps as a whole. By employing Sr2+ substitution to decrease the trap density of Ca2Nb2O7:Pr3+, we identify a novel composition of (Ca0.5Sr0.5)2Nb2O7:Pr3+ displaying short-delay and high-contrast ML images, and evaluate its practicability through a 2-dimensional in-situ imaging experiment of dynamic stress distribution. The underlying mechanism is ascribed to the greater decrease ratio of PersL intensity than ML intensity as a result of the larger detrapping rate of traps due to stress (leading to ML) than that due to thermal energy (PersL). Furthermore, multi-spectral investigations of (Ca,Sr)2Nb2O7:Pr3+ system reveal a distinctive electron transition process co-regulated by trap levels, charge transfer state and crystal field. The proposed strategy and the associated phosphors are expected to initiate the reconstruction of PersL-type ML materials and bring important implications for real-world stress imaging.
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