摩擦/力致發(fā)光材料能將機(jī)械力學(xué)信號(hào)直接轉(zhuǎn)化成光信號(hào)，在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、生物力學(xué)傳感、人工智能、人機(jī)交互等領(lǐng)域具有重要的應(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(wèn)題，嚴(yán)重限制了其實(shí)際應(yīng)用。

中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所潤(rùn)滑材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王趙鋒研究員團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)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(duì)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(chǎng)誘導(dǎo)電子轟擊發(fā)光模型（Nano Energy,2022,96,107075），基于該模型，進(jìn)一步發(fā)展出多種無(wú)需預(yù)充能的自恢復(fù)摩擦/力致發(fā)光材料（Chemical Engineering Journal,2023,456,141122;2023,474,145542;Materials Today Chemistry,2024,36,101917），并且創(chuàng)制出一種可由機(jī)械力學(xué)充能的長(zhǎng)壽命摩擦/力致發(fā)光材料（Advanced Science,2022,2203249）。

最近，該團(tuán)隊(duì)發(fā)展出了一種基于界面摩擦電場(chǎng)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，圖1）。無(wú)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。

圖1. Ca₆BaP₄O₁₇:Ce³⁺/PDMS的復(fù)合結(jié)構(gòu)及摩擦/力致發(fā)光性能。

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)一步克服了摩擦/力致發(fā)光的重復(fù)性和穩(wěn)定性不足的問(wèn)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(jiàn)的藍(lán)色發(fā)光。此外，Ca₆BaP₄O₁₇:Ce³⁺/PDMS復(fù)合材料在298-473K溫度范圍內(nèi)還展現(xiàn)出了較好的熱穩(wěn)定性能（圖2）。Ca₆BaP₄O₁₇:Ce³⁺/PDMS材料的上述摩擦/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(chǎng)誘導(dǎo)電子轟擊發(fā)光過(guò)程更加有效。

圖2. Ca₆BaP₄O₁₇:Ce³⁺/PDMS的重復(fù)性、熱穩(wěn)定性和自恢復(fù)性能。

在自恢復(fù)、可重復(fù)、熱穩(wěn)定摩擦/力致發(fā)光性能開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)上，該工作進(jìn)一步開(kāi)展了Ca₆BaP₄O₁₇:Ce³⁺/PDMS材料在雙模式信息存儲(chǔ)和智能光子皮膚方面的應(yīng)用展示。

圖3. Ca₆BaP₄O₁₇:Ce³⁺/PDMS材料在信息存儲(chǔ)和光子皮膚方面的應(yīng)用展示。

該研究針對(duì)當(dāng)前自恢復(fù)摩擦/力致發(fā)光在實(shí)際應(yīng)用中面臨的重復(fù)性和穩(wěn)定性不足問(wèn)題，提出了創(chuàng)新解決方案，為摩擦/力致發(fā)光的性能設(shè)計(jì)與調(diào)控、新材料開(kāi)發(fā)提供了新穎的研究思路，對(duì)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Advanced Functional Materials（Adv. Funct. Mater. 2024,2401535，https://doi.org/10.1002/adfm.202401535）上。蘭州化物所與蘭州大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生覃世業(yè)為論文的第一作者，蘭州化物所王趙鋒研究員、魏萬(wàn)媛助理研究員和蘭州大學(xué)張加馳教授為論文共同通訊作者。

該工作得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院區(qū)域發(fā)展青年學(xué)者項(xiàng)目等支持。