本發(fā)明屬于智能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有機(jī)械力響應(yīng)的發(fā)光裝置及其制備方法。

背景技術(shù)：

地板磚作為一種常見的建材用品，廣泛運(yùn)用于家庭裝飾或者鋪設(shè)道路。然而，目前絕大部分的地板磚結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能單一，且不具備智能響應(yīng)性能。隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)生活品質(zhì)的不斷追求，未來的地板磚將會(huì)逐漸向功能化、智能化方向發(fā)展。智能響應(yīng)的發(fā)光地板磚將會(huì)是一種發(fā)展方向。目前，大部分的發(fā)光地板磚直接將發(fā)光單元置于透明地板磚之下，形成可發(fā)光的地板，起到照明或指示的作用。然而，這一類地板磚中的發(fā)光器件多為電致發(fā)光機(jī)理，不具備節(jié)能、智能響應(yīng)等特點(diǎn)。

不論是家用裝飾性地板磚，還是鋪設(shè)道路的地板磚，其主要作用是承受行人、車輛或者其他形式的機(jī)械應(yīng)力。將這些在行走或者行駛過程中的機(jī)械能通過一種機(jī)械力響應(yīng)的地板磚有效的將其轉(zhuǎn)化為光能，不但能夠起到節(jié)能環(huán)保的作用，還同時(shí)具有裝飾地面，甚至起到警示或指示的作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有機(jī)械力響應(yīng)的發(fā)光裝置及其制備方法。

本發(fā)明提供的具有機(jī)械力響應(yīng)的發(fā)光裝置的制備方法，具體步驟為：

（1）發(fā)光材料均勻分散在彈性材料中，制成平面狀發(fā)光膜；

（2）制備具有凹凸結(jié)構(gòu)的底板作為圖案層；

（3）將圖案層、發(fā)光層、透明層依次層層堆疊，通過封裝或者其他方式固定形成一體；

本發(fā)明中，所述發(fā)光材料具有機(jī)械力發(fā)光機(jī)制，彈性材料具有較好的成膜性、透光性，發(fā)光材料可均勻分散在彈性透明材料或其前驅(qū)體中，發(fā)光材料與彈性材料的質(zhì)量比為99:1-1:99，優(yōu)選50:50-70:30。

本發(fā)明中，所述發(fā)光材料選自過渡金屬元素?fù)诫s的zns顆粒、稀土金屬離子摻雜的堿土鋁酸鹽或硅酸鹽等具有應(yīng)力發(fā)光能力的材料；彈性材料選自各種型號(hào)的聚二甲基硅氧烷、聚氨酯透明彈性體。

本發(fā)明中，所述平面狀發(fā)光膜通過熱固化、融熔法或者溶液法制備；所述發(fā)光膜可為任意形狀，如矩形、多邊形、圓形等形狀，膜大小任意；其厚度在0.1-10毫米，優(yōu)選0.5-2毫米；該發(fā)光膜具有一定柔性，可產(chǎn)生彈性形變。

本發(fā)明中，所述彈性材料或其前驅(qū)體具有良好的成膜性，若采用聚二甲基硅氧烷均勻分散發(fā)光材料，則可將分散均勻的混合物倒入模具中，在60-90℃條件下固化0.1-3小時(shí)，優(yōu)選70-80℃下固化0.5小時(shí)（圖1）；若采用聚氨酯分散，則可采用濕法或者融熔法制備平面狀的機(jī)械力發(fā)光膜。

本發(fā)明中，所述圖案層材料具有一定剛性，圖案層基底可為任意形狀，任意大小；圖案層厚度為0.1-100毫米，優(yōu)選1-3毫米；圖案由部分凸出構(gòu)成，凸出部分可為任意形狀，包括圓柱形，圓臺(tái)形、多邊形、錐形、球形及其他形狀；凸出部分高度為50微米以上，優(yōu)選1毫米；凸出部分面積占總面積的0.1%-99.9%，可根據(jù)機(jī)械力大小進(jìn)行調(diào)節(jié)；該圖案層可通過3d打印、模壓成型、注塑等但不限于這些方法制備。

本發(fā)明中，所述透明層具有一定強(qiáng)度，透光率為50%-100%，優(yōu)選90%-100%；透明層可為任意形狀，任意大??；厚度為0.1-10厘米，優(yōu)選0.5-2厘米，如采用0.8厘米厚的透明鋼化玻璃；發(fā)光裝置總厚度為0.1-50厘米，優(yōu)選1-3厘米。

本發(fā)明中，所述發(fā)光裝置包括圖案層、發(fā)光層、透明層，一般圖案層與發(fā)光層大小與形狀相同，但較透明層小，可分為幾部分置于透明層下方，透明層常為方形（圖2）；三層結(jié)構(gòu)可整體封裝在盒子里形成一體，盒子材料為任意材料，包括木制、鋼鐵、鋁合金、玻璃、塑料、水泥、陶瓷等；或者固定后，通過與其他力學(xué)裝置聯(lián)用，從而施加機(jī)械力到發(fā)光膜上，如通過力學(xué)杠桿傳遞機(jī)械力（圖3）；或者將圖案層、發(fā)光層、透明層均分割成小塊，通過彈性材料包埋或者軟連接等方式制備柔性化的發(fā)光裝置（圖4）。

本發(fā)明中，所述機(jī)械力包括壓力、沖擊力、摩擦力、彈力等；

最終形成的發(fā)光裝置在壓力、拉力、沖擊力、摩擦力、彈力等機(jī)械力作用下而產(chǎn)生相應(yīng)顏色的光，而后消失；當(dāng)外界施加的機(jī)械力撤銷后，其光再次產(chǎn)生，而后消失；光的顏色可通過采用不同種類的發(fā)光材料進(jìn)行調(diào)節(jié)，包括紅外、紅色、橙色、黃色、綠色、藍(lán)色、紫色、紫外；或者通過混合不同比例、不同種類的發(fā)光材料制備混合色的發(fā)光效果；或者通過組合不同顏色的發(fā)光粉制備彩色的發(fā)光效果。此外，產(chǎn)生光的亮度隨著施加的機(jī)械力的大小和頻率的增加而增加；并且，這種發(fā)光裝置的循環(huán)性能非常穩(wěn)定。

本發(fā)明所述的具有機(jī)械力響應(yīng)的發(fā)光裝置，可作為裝飾地板磚用于室內(nèi)，或作為裝飾或者指示裝置等用于路面、廣場(chǎng)等場(chǎng)所。

附圖說明

圖1為具有機(jī)械力響應(yīng)的發(fā)光膜的制備方法。

圖2為具有機(jī)械力響應(yīng)的發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為基于力學(xué)杠桿的具有機(jī)械力響應(yīng)的發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為具有應(yīng)力響應(yīng)的柔性發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為機(jī)械力響應(yīng)發(fā)光地板磚鋪成的路面示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

（1）基于聚二甲基硅氧烷材料的機(jī)械力響應(yīng)發(fā)光膜的制備

配制聚二甲基硅氧烷前驅(qū)體溶液：量取5克彈性體與0.5克固化劑混合均勻。超聲分散均勻，抽真空除去氣泡，備用。稱量8.75克zns:cu發(fā)光粉，往其中加入3.75克聚二甲基硅氧烷前驅(qū)體溶液，混合均勻，將其倒入到一個(gè)7.5cm×7.5cm×0.1cm的長(zhǎng)方體模具內(nèi)，在80℃下固化1小時(shí)，脫模即可得到機(jī)械力響應(yīng)的發(fā)光膜。

（2）機(jī)械力響應(yīng)發(fā)光地板磚的構(gòu)建

通過3d打印的方法制備四個(gè)圖案層，圖案層基底厚0.2厘米，邊長(zhǎng)為7.5厘米，凸起部分為上直徑為1毫米、下直徑為1.5毫米、高為1毫米的圓臺(tái)，若干圓臺(tái)排列形成四個(gè)不同圖案：“e”、“x”、“i”、“t”。在橡膠墊（40cm×40cm×0.2cm）四個(gè)角分別挖出邊長(zhǎng)為8厘米的框，將四個(gè)圖案層嵌入其中固定。在圖案層上面鋪上制備好的發(fā)光膜，再放上一塊鋼化玻璃（40cm×40cm×0.8cm）。將以上三層結(jié)構(gòu)的發(fā)光裝置放入尺寸適當(dāng)?shù)哪＞咧?，形成一體。通過相同的方式制備多塊機(jī)械力響應(yīng)發(fā)光地板，可以鋪成有圖案的路面（圖5）。

實(shí)施例2

（1）基于聚氨酯材料的機(jī)械力響應(yīng)發(fā)光膜的制備

配制聚氨酯的n,n-二甲基甲酰胺溶液：量取7.5克聚氨酯顆粒，溶解在12毫升n,n-二甲基甲酰胺中，在機(jī)械攪拌下溶解1個(gè)小時(shí)。稱量16克zns:mn發(fā)光粉，往其中加入配置好的17.3克聚氨酯的n,n-二甲基甲酰胺溶液，混合均勻，將其倒入到一個(gè)10cm×10cm×1cm的長(zhǎng)方體模具內(nèi)，然后以1:1的n,n-二甲基甲酰胺/蒸餾水的凝固浴固化30分鐘，然后以蒸餾水為凝固浴再固化30分鐘。取出后，在60℃下干燥至恒重，即可得到機(jī)械力響應(yīng)的發(fā)光膜。

（2）基于力學(xué)杠桿的機(jī)械力響應(yīng)發(fā)光裝置的構(gòu)建

通過3d打印的方法制備一個(gè)圖案層，圖案層基底厚0.2厘米，邊長(zhǎng)為10厘米，凸起部分為邊長(zhǎng)為1毫米的正方體，若干正方體排列形成一個(gè)圖案：“旦”。將其固定在定制的力學(xué)杠桿的一端，將鋼化玻璃（12cm×12cm×0.8cm）固定在支架上，鋼化玻璃下面中間貼上發(fā)光層。

實(shí)施例3

（1）柔性發(fā)光地毯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

柔性透明層：將厚度為2.5毫米的聚甲基丙烯酸甲酯（有機(jī)玻璃）板材切割成邊長(zhǎng)為2厘米的方塊，將有機(jī)玻璃方塊相互間隔2厘米放置于模具（18cm×18cm×3mm）中，在模具中澆注超彈性聚二甲基硅氧烷前驅(qū)體，在80℃下固化2小時(shí)，脫模即可得到柔性的透光層。柔性發(fā)光層：將實(shí)施例1中所得到的發(fā)光膜裁切為邊長(zhǎng)為2厘米的方塊，采取同實(shí)施例3柔性化透光層相同的方法，將塊狀發(fā)光膜封裝在超彈性聚二甲基硅氧烷中。柔性圖案層：在模具（18cm×18cm×0.6mm）中澆注超彈性聚二甲基硅氧烷前驅(qū)體，在此體系中均勻放入直徑為0.6毫米的剛性金屬顆粒，在80℃下固化2小時(shí)，脫模即可得到柔性的圖案層。

（2）柔性發(fā)光地毯的構(gòu)建

使用超彈性的聚二甲基硅氧烷將所制備的柔性透明層、柔性發(fā)光層和柔性圖案層由上到下粘結(jié)，在80℃下固化2小時(shí)，取出即可。