科學(xué)家在自恢復(fù)摩擦/力致發(fā)光研究方面獲進(jìn)展

2024-05-06 08:52:54來源：蘭州化學(xué)物理研究所閱讀量：140 評論

導(dǎo)讀：摩擦/力致發(fā)光材料能將機(jī)械力學(xué)信號直接轉(zhuǎn)化成光信號，在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、生物力學(xué)傳感、人工智能、人機(jī)交互等領(lǐng)域具有應(yīng)用價(jià)值。

　　摩擦/力致發(fā)光材料能將機(jī)械力學(xué)信號直接轉(zhuǎn)化成光信號，在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、生物力學(xué)傳感、人工智能、人機(jī)交互等領(lǐng)域具有應(yīng)用價(jià)值。然而，現(xiàn)有摩擦/力致發(fā)光材料普遍存在難以自恢復(fù)、重復(fù)性差以及易受環(huán)境干擾等問題，限制了其實(shí)際應(yīng)用。

　　中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所研究員王趙鋒團(tuán)隊(duì)長期從事摩擦/力致發(fā)光機(jī)理、性能調(diào)控及器件研究。此前，研究人員針對普遍存在的非陷阱、非壓電型摩擦/力致發(fā)光，提出了界面摩擦電場誘導(dǎo)電子轟擊發(fā)光模型；基于該模型，進(jìn)一步發(fā)展出多種無需預(yù)充能的自恢復(fù)摩擦/力致發(fā)光材料，創(chuàng)制出可由機(jī)械力學(xué)充能的長壽命摩擦/力致發(fā)光材料。

　　近日，該團(tuán)隊(duì)研究人員等發(fā)展出基于界面摩擦電場誘導(dǎo)電子轟擊發(fā)光模型的稀土摻雜磷酸鹽基摩擦/力致發(fā)光復(fù)合材料(Ca6BaP4O17:Ce3+/PDMS)。無需預(yù)充能，該材料在機(jī)械力學(xué)的刺激下可直接展現(xiàn)出明亮的藍(lán)色摩擦/力致發(fā)光。

　　相較于已報(bào)道的自恢復(fù)摩擦/力致發(fā)光體系，Ca6BaP4O17:Ce3+/PDMS材料進(jìn)一步克服摩擦/力致發(fā)光的重復(fù)性和穩(wěn)定性不足的問題。在10Hz連續(xù)拉伸條件下，該材料可持續(xù)展現(xiàn)出近1000次肉眼可見的藍(lán)色發(fā)光。Ca6BaP4O17:Ce3+/PDMS復(fù)合材料在298-473K溫度范圍內(nèi)展現(xiàn)出較好的熱穩(wěn)定性能。Ca6BaP4O17:Ce3+/PDMS材料的摩擦/力致發(fā)光性能主要得益于Ca6BaP4O17:Ce3+獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)以及PDMS較強(qiáng)的電子吸附能力，二者在界面摩擦?xí)r的協(xié)同效應(yīng)使得界面摩擦電場誘導(dǎo)電子轟擊發(fā)光過程更加有效。此外，在自恢復(fù)、可重復(fù)、熱穩(wěn)定摩擦/力致發(fā)光性能開發(fā)基礎(chǔ)上，該工作進(jìn)一步開展了Ca6BaP4O17:Ce3+/PDMS材料在雙模式信息存儲和智能光子皮膚方面的應(yīng)用展示。

　　該研究為摩擦/力致發(fā)光的性能設(shè)計(jì)與調(diào)控、新材料開發(fā)提供了新的研究思路，對于摩擦/力致發(fā)光材料的發(fā)展及實(shí)際應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

　　相關(guān)研究成果以Self-Recoverable,Highly Repeatable,and Thermally Stable Mechanoluminescence for Dual-Mode Information Storage and Photonic Skin Applications為題，發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials)上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、中國科學(xué)院區(qū)域發(fā)展青年學(xué)者項(xiàng)目等支持。

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