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中科院兰州化物所自恢复摩擦/力致发光研究获新进展

发布日期:2024年05月13日    浏览次数:1590

     摩擦/力致发光材料能将机械力学信号直接转化成光信号,在结构健康监测、生物力学传感、人工智能、人机交互等领域具有重要的应用价值。然而,现有摩擦/力致发光材料普遍存在难以自恢复、重复性差以及易受环境干扰等问题,严重限制了其实际应用。

 

  中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料重点实验室王赵锋研究员团队长期从事摩擦/力致发光机理、性能调控及器件研究。此前,研究人员针对普遍存在的非陷阱、非压电型摩擦/力致发光,提出了界面摩擦电场诱导电子轰击发光模型(Nano Energy, 2022, 96, 107075),基于该模型,进一步发展出多种无需预充能的自恢复摩擦/力致发光材料(Chemical Engineering Journal, 2023, 456, 1411222023, 474, 145542Materials Today Chemistry, 2024, 36, 101917),并且创制出一种可由机械力学充能的长寿命摩擦/力致发光材料(Advanced Science, 2022, 2203249)。

 

  最近,该团队发展出了一种基于界面摩擦电场诱导电子轰击发光模型的稀土掺杂磷酸盐基摩擦/力致发光复合材料(Ca6BaP4O17:Ce3+/PDMS,图1)。无需预充能,该材料在机械力学的刺激下可直接展现出明亮的蓝色摩擦/力致发光。

图1. Ca6BaP4O17:Ce3+/PDMS的复合结构及摩擦/力致发光性能。

  相较于已报道的自恢复摩擦/力致发光体系,Ca6BaP4O17:Ce3+/PDMS材料进一步克服了摩擦/力致发光的重复性和稳定性不足的问题。在10Hz连续拉伸条件下,该材料可持续展现出近1000次肉眼可见的蓝色发光。此外,Ca6BaP4O17:Ce3+/PDMS复合材料在298-473K温度范围内还展现出了较好的热稳定性能(图2)。Ca6BaP4O17:Ce3+/PDMS材料的上述摩擦/力致发光性能主要得益于Ca6BaP4O17:Ce3+独特的晶体结构和电子结构以及PDMS较强的电子吸附能力,二者在界面摩擦时的协同效应使得界面摩擦电场诱导电子轰击发光过程更加有效。

图2. Ca6BaP4O17:Ce3+/PDMS的重复性、热稳定性和自恢复性能。

 

  在自恢复、可重复、热稳定摩擦/力致发光性能开发基础上,该工作进一步开展了Ca6BaP4O17:Ce3+/PDMS材料在双模式信息存储和智能光子皮肤方面的应用展示。

图3. Ca6BaP4O17:Ce3+/PDMS材料在信息存储和光子皮肤方面的应用展示。

 

  该研究针对当前自恢复摩擦/力致发光在实际应用中面临的重复性和稳定性不足问题,提出了创新解决方案,为摩擦/力致发光的性能设计与调控、新材料开发提供了新颖的研究思路,对于摩擦/力致发光材料的发展及实际应用具有指导意义。