科研進展
蘭州化物所界面摩擦誘導(dǎo)機械發(fā)光研究取得新進展
機械發(fā)光是指材料在摩擦學(xué)、力學(xué)刺激下的一種發(fā)光行為。由于其獨特的摩擦學(xué)/力學(xué)可視化以及力學(xué)的空間分辨能力，機械發(fā)光為解決目前摩擦學(xué)/力學(xué)傳感中存在的關(guān)鍵問題帶來了新思路和新途徑。受材料的結(jié)構(gòu)體系、存在形態(tài)、力學(xué)施加條件等影響，機械發(fā)光的具體表現(xiàn)形式各式各樣。為準(zhǔn)確把握機械發(fā)光的各種形式并指導(dǎo)機械發(fā)光的設(shè)計與開發(fā)，亟需從根本上理解其物理過程。
中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所摩擦物理與傳感課題組王趙鋒研究員團隊長期致力于機械發(fā)光研究。最近，該研究團隊與國內(nèi)同行合作，報道了一類非壓電機械發(fā)光材料Sr3Al2O5Cl2:Ln (SAOCL; Ln = Eu2+, Tb3+, Ce3+)，該類材料具有非常高的對稱性，其在粉體狀態(tài)或與硬質(zhì)環(huán)氧樹脂復(fù)合后無機械發(fā)光現(xiàn)象，當(dāng)其與柔性聚二甲基硅氧烷（PDMS）復(fù)合后可產(chǎn)生明亮的機械發(fā)光（如圖1）。
圖1 SAOCL的結(jié)構(gòu)及非壓電機械發(fā)光性能
SAOCL/PDMS的機械發(fā)光展現(xiàn)出了陷阱非依賴性和自恢復(fù)特性，說明材料在機械發(fā)光的過程中具有自激活行為，即在力學(xué)作用下材料內(nèi)部電子可直接躍遷到激發(fā)態(tài)。為進一步明確SAOCL/PDMS的力學(xué)激發(fā)過程，該團隊從機械發(fā)光的基體效應(yīng)出發(fā)，結(jié)合SAOCL的熱釋光譜和摩擦起電性能分析，提出了SAOCL/PDMS非壓電機械發(fā)光的界面摩擦電場誘導(dǎo)電子轟擊模型，即在SAOCL與PDMS的界面摩擦作用下，轉(zhuǎn)移到PDMS上的電子在界面摩擦電場作用下加速轟擊SAOCL，引起SAOCL內(nèi)部電子躍遷到激發(fā)態(tài)，進而產(chǎn)生機械發(fā)光。研究人員進一步分析了材料的機械發(fā)光與陰極射線發(fā)光性能，二者之間的一致性也為提出的界面摩擦電場誘導(dǎo)電子轟擊發(fā)光模型提供了直接證據(jù)（如圖2）。
圖2 SAOCL的基體效應(yīng)及非壓電機械發(fā)光原理
正是由于這一獨特的物理過程，SAOCL/PDMS的機械發(fā)光展現(xiàn)出了常規(guī)材料不具備的熱穩(wěn)定性能，通過利用SAOCL/PDMS獨特的機械發(fā)光性能（如陷阱非依賴性、自恢復(fù)性、熱穩(wěn)定性），該團隊進一步發(fā)展出了可視化溫度傳感器件和多模式信息存儲器件。
相關(guān)結(jié)果近期以“Interfacial triboelectrification-modulated self-recoverable and thermally stable mechanoluminescence in mixed-anion compounds”為題發(fā)表在Nano Energy期刊上（Nano Energy, 2022, 96, 107075）。中國科學(xué)院大學(xué)博士生白永慶為該論文第一作者，王趙鋒研究員為通訊作者。
以上工作得到了國家自然科學(xué)基金、甘肅省杰出青年基金、中科院先導(dǎo)B培育項目等的支持。
