Описание процесса последовательного механолюминесцентного высвечивания SRAL_2O_4:EU, DY с помощью модели мономолекулярной кинетики

Алюминат стронция, легированный европием и диспрозием (SrAl_2O_4:Eu, Dy) является одним из наиболее перспективных механолюминофоров, проявляющих интенсивную упругую механолюминесценцию. В данной работе рассмотрен подход, основанный на применении приближения мономолекулярной кинетики свечения для описания данного процесса. В рамках данного подхода предполагается, что при приложении механической нагрузки к частицам люминофора, распределённых в жёсткой прозрачной полимерной матрице происходит уменьшение эффективной глубины электронных ловушек. Величина изменения глубины предполагается пропорциональной прикладываемой нагрузке. Для случая одного сорта ловушек получено аналитическое решение, которое качественно описывает эффект прекращения возрастания интенсивности механолюминесценции после некоторого порогового значения скорости нагружения. Полученная модель также использована для описания последовательного высвечивания композита с добавлением SrAl_2O_4:Eu, Dy в рамках гипотезы о существовании двух типов электронных ловушек в люминофоре. Полученные в рамках расчета по ней кривые зависимостей интенсивности от напряжения при циклическом нагружении образца качественно согласуются с экспериментальными данными.

Ключевые слова

алюминат стронция; механолюминесценция; композит.

Литература

1. Brusentseva, T.A. Study of New Composite Materials Based on Epoxy Resin with Photoluminescence Effect / T.A. Brusentseva, S.E. Lukin // Journal of the Siberian Federal University. Mathematics and Physics. - 2024. - V. 17, № 1. - P. 38-47.
2. Khattab, T.A. Development of Long-Persistent Photoluminescent Epoxy Resin Immobilized with Europium (II)-Doped Strontium Aluminate / T.A. Khattab, M.S. Abdelrahman, M.E. Abd El-Aziz, M.M. El-Zawahry, S. Kamel // Luminescence. - 2020. - V. 35, № 4. - P. 478-485.
3. Chao-Nan Xu. Direct View of Stress Distribution in Solid by Mechanoluminescence / Chao-Nan Xu, T. Watanabe, M. Akiyama, Xu-Guang Zheng // Applied Physics Letters. - 1999. - V. 74, № 17. - P. 2414-2416.
4. Tatmyshevskiy, K. Calculation of Output Optical Signals of Mechanoluminescent Impulse Pressure Sensors / K. Tatmyshevskiy // Sensors and Transducers. - 2019. - V. 237, № 9/10. - P. 52-58.
5. Li Su. Low Detection Limit and High Sensitivity Wind Speed Sensor Based on Triboelectrification-Induced Electroluminescence / Li Su, Hailu Wang, Zhen Tian, Haojie Wang, Qian Cheng, Wei Yu // Advanced Science. - 2019. - V. 6, № 23. - Article ID: 1901980. - 9 p.
6. Wangyang Hu. Sunlight-Driven Mechanoluminescent Composite Coating Materials Based on Trap Modulation for Stress Sensing / Wangyang Hu, Gongxun Bai, Shiying Liu, Jun Wan, et al. // Ceramics International. - 2024. - V. 50, № 19. - P. 36580-36587.
7. Shilong Duan. Shear Stiffening-Based Mechanoluminescent Device for Impact-Thermal Coupling Protection and Impact Visualization / Shilong Duan, Min Sang, Hong Chen, Yucheng Pan, Shuai Liu, et al. // Advanced Functional Materials. - 2024. - V. 34, № 48. - Article ID: 2411821.
8. Terasaki, N. Historical-Log Recording System for Crack Opening and Growth Based on Mechanoluminescent Flexible Sensor / N. Terasaki, Xu Chao-Nan // IEEE Sensors Journal. - 2013. - V. 13, № 10. - P. 3999-4004.
9. Yun Liu. Electroluminescent Ceramics Excited by Low Electrical Field / Yun Liu, Chao-Nan Xu // Applied Physics Letters. - 2004. - V. 84, № 24. - P. 5016-5018.
10. Chandra, V.K. Dynamics of the Mechanoluminescence Induced by Elastic Deformation of Persistent Luminescent Crystals / V.K. Chandra, B.P. Chandra // Journal of Luminescence. - 2012. - V. 132, № 3. - P. 858-869.
11. Tatmyshevskiy, K.V. Materials with Mechanoluminescent Properties and Their Use for Registration of Impact / K.V. Tatmyshevskiy // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2019. - V. 537, № 2. - Article ID: 022077. - 7 p.
12. Tatmyshevskiy, K.V. Possibility of Creating Composite Materials with Self-Diagnosis Function Based on the Effect of Mechanoluminescence / K.V. Tatmyshevskiy, D.D. Pavlov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2021. - V. 1100, № 1. - Article ID: 012022. - 6 p.
13. Осипьян, Ю.А. Электронные свойства дислокаций в полупроводниках / Ю.А. Осипьян. - М.: Эдиториал УРСС, 2000.
14. Писаревский, А.И. Сравнение особенностей механолюминесценции в кристаллах ZnS и (Ba, Sr) Al2O4 / А.И. Писаревский, К.В. Татмышевский, А.М. Голубев // Машиностроение и компьютерные технологии. - 2012. - № 1. - 9 с.
15. Dubernet, M. Evidence and Modeling of Mechanoluminescence in a Transparent Glass Particulate Composite / M. Dubernet, Yann Gueguen, P. Houizot, et al. // Applied Physics Letters. - 2015. - V. 107, № 15. - 5 p.
16. Chen Bing. Modeling and validation of mechanoluminescent strain sensing mechanism at quasi-static loading rates / Bing Chen, Dengfeng Peng, Pin Lu, et al. // Materials and Design. - 2023. - V. 226. - Article ID: 111588. - 5 p.
17. Someya, S. Lifetime-Based Measurement of Stress During Cyclic Elastic Deformation Using Mechanoluminescence of SrAl 2 O 4: Eu 2+ / S. Someya, K. Ishii, T. Munakata, M. Saeki // Optics Express. - 2014. - V. 22, № 18. - P. 21991-21998.
18. Ishida, S. Stress-Rate Effect on Time Response of Mechanoluminescent-Sensor Luminescent Intensity / S. Ishida, A. Narahara // Optics Express. - 2019. - V. 27, № 4. - P. 3935-3943.
19. Jongchansitto, P. Using Mechanoluminescent Materials to Visualize Interparticle Contact Intensity in Granular Media / P. Jongchansitto, D. Boyer, et al. // Experimental Mechanics. - 2020. - V. 60. - P. 51-64.
20. Фомин, В.М. Механолюминесценция композиционного материала на основе эпоксидной смолы и SrAl2O4: Eu, Dy / В.М. Фомин, Т.А. Брусенцева, С.Э. Лукин // Прикладная механика и техническая физика. - 2025. - V. 66, № 5. - P. 221-232.
21. Левшин, В.Л. Фотолюминесценция жидких и твердых тел / В.Л. Левшин. - М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1951.
22. Антонов-Романовский, В.В. Кинетика фотолюминесценции кристаллофосфоров / В.В. Антонов-Романовский. - М.: Наука, 1966.
23. Фок, М.Ф. Введение в кинетику люминесценции кристаллофосфоров / М.Ф. Фок. - М.: Наука, 1964.