近日，中國計量大學光電學院和深圳大學物理與光電工程學院、香港理工大學應用物理學系開展合作，在智能光電材料與傳感技術領域取得重要進展。中國計量大學趙英杰在教授白功勛和徐時清的共同指導下，在《先進功能材料》期刊上發(fā)表了題為《面向力-光能量轉換和傳感應用的發(fā)光離子摻雜四元壓電光子學材料》的研究論文。

壓電光子學材料的智能應力發(fā)光示意圖

智能材料是一種能感知外部刺激，并且能夠做出響應的新型功能材料，是支撐人工智能技術發(fā)展的重要基礎。特別是，智能發(fā)光材料在外部刺激下發(fā)光會發(fā)生改變，比如溫度、濕度、應力、pH、電場或磁場、光照或化學物質等。這種光信號變化對于諸如光電傳感，生物檢測，信息防偽，數(shù)據(jù)存儲等應用至關重要。

其中，智能應力發(fā)光材料與普通發(fā)光材料具有顯著不同，通過力的激勵能夠直接發(fā)光，是一類智能和清潔的發(fā)光材料。由于無需光照和通電，智能應力發(fā)光材料在清潔光源和可視化動態(tài)應力無源探測方面具有獨特的優(yōu)勢。

針對高效能量轉換智能光學傳感材料的發(fā)展需求，中國計量大學光電材料與器件研究院設計開發(fā)了一系列激活離子摻雜的四元壓電半導體材料?；诰w場與激活離子能級之間的耦合機制，將兩種發(fā)光離子同時引入壓電功能基質，構建受激電子躍遷的多路復用，成功合成了高效的多模發(fā)光材料。系統(tǒng)地研究了新型智能發(fā)光材料的光學性能，實現(xiàn)了紫外線輻射，近紅外激光激發(fā)和應力激勵的同時響應，并展現(xiàn)出不同的光學特性和優(yōu)異的復現(xiàn)性。

該類智能發(fā)光材料在應力的作用下極為敏感，無需光照和通電，約5N的手指按壓力作用下，發(fā)光便能達到肉眼可見的亮度。這種機械力與發(fā)光之間的直接能量轉換，在清潔光源和可視化動態(tài)應力無源探測、建筑物結構安全監(jiān)測、機械部件的受力應變分析、信息防偽、機器人等諸多領域具有獨特的應用前景。另外，基于近紅外光激發(fā)上轉換發(fā)光實現(xiàn)了高靈敏度的溫度檢測。團隊研究表明，所開發(fā)智能發(fā)光材料在先進光學傳感檢測中具有潛在應用價值，對于光電子器件的功能化和集成化具有重要意義。

該項課題研究得到了浙江省自然科學基金重點項目，國家自然科學基金面上項目，國家自然科學基金聯(lián)合基金重點項目以及國家重點研究發(fā)展計劃的支持。

相關論文消息：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202010265