界面摩擦誘導(dǎo)機(jī)械發(fā)光研究取得新進(jìn)展

機(jī)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(jī)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(jī)械發(fā)光的具體表現(xiàn)形式各式各樣。為準(zhǔn)確把握機(jī)械發(fā)光的各種形式并指導(dǎo)機(jī)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(tuán)隊與國內(nèi)同行合作，報道了一類非壓電機(jī)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(jī)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(jī)械發(fā)光。

SAOCL/PDMS的機(jī)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(jī)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(jìn)一步明確SAOCL/PDMS的力學(xué)激發(fā)過程，該團(tuán)隊從機(jī)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(jī)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(jìn)而產(chǎn)生機(jī)械發(fā)光。研究人員進(jìn)一步分析了材料的機(jī)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)。

正是由于這一獨特的物理過程，SAOCL/PDMS的機(jī)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(jī)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(tuán)隊進(jìn)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。