作者:王赵锋等 来源:《纳米能源》 发布时间:2022/2/28 15:24:16
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界面摩擦诱导机械发光研究取得新进展

 

机械发光是指材料在摩擦学、力学刺激下的一种发光行为。由于其独特的摩擦学/力学可视化以及力学的空间分辨能力,机械发光为解决目前摩擦学/力学传感中存在的关键问题带来了新思路和新途径。受材料的结构体系、存在形态、力学施加条件等影响,机械发光的具体表现形式各式各样。为准确把握机械发光的各种形式并指导机械发光的设计与开发,亟需从根本上理解其物理过程。

中国科学院兰州化学物理研究所摩擦物理与传感课题组王赵锋研究员团队长期致力于机械发光研究。最近,该研究团队与国内同行合作,报道了一类非压电机械发光材料Sr3Al2O5Cl2:Ln (SAOCL; Ln = Eu2+, Tb3+, Ce3+),该类材料具有非常高的对称性,其在粉体状态或与硬质环氧树脂复合后无机械发光现象,当其与柔性聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合后可产生明亮的机械发光(如图1)。

 
图1 SAOCL的结构及非压电机械发光性能

SAOCL/PDMS的机械发光展现出了陷阱非依赖性和自恢复特性,说明材料在机械发光的过程中具有自激活行为,即在力学作用下材料内部电子可直接跃迁到激发态。为进一步明确SAOCL/PDMS的力学激发过程,该团队从机械发光的基体效应出发,结合SAOCL的热释光谱和摩擦起电性能分析,提出了SAOCL/PDMS非压电机械发光的界面摩擦电场诱导电子轰击模型,即在SAOCL与PDMS的界面摩擦作用下,转移到PDMS上的电子在界面摩擦电场作用下加速轰击SAOCL,引起SAOCL内部电子跃迁到激发态,进而产生机械发光。研究人员进一步分析了材料的机械发光与阴极射线发光性能,二者之间的一致性也为提出的界面摩擦电场诱导电子轰击发光模型提供了直接证据(如图2)。

图2 SAOCL的基体效应及非压电机械发光原理

正是由于这一独特的物理过程,SAOCL/PDMS的机械发光展现出了常规材料不具备的热稳定性能,通过利用SAOCL/PDMS独特的机械发光性能(如陷阱非依赖性、自恢复性、热稳定性),该团队进一步发展出了可视化温度传感器件和多模式信息存储器件。

相关结果近期以“Interfacial triboelectrification-modulated self-recoverable and thermally stable mechanoluminescence in mixed-anion compounds”为题发表在Nano Energy期刊上(Nano Energy, 2022, 96, 107075)。中国科学院大学博士生白永庆为该论文第一作者,王赵锋研究员为通讯作者。

以上工作得到了国家自然科学基金、甘肃省杰出青年基金、科院先导B培育项目等的支持。(来源:中国科学院兰州化学物理研究所)

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107075

 
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