Advanced Functional Materials: 非稀土激活的自恢复红外应力发光

应力发光材料是一类在受各种机械刺激(如:拉伸、压缩、摩擦和扭转等等)下能发荧光的材料,可作为一种新型的机械能-光能转换介质。因此,在诸如应力分布成像、智能应力驱动显示和微裂纹成像等方面展现出广泛潜在应用。虽然应力发光材料受到了众多关注,但是仍有许多问题有待解决。目前为止,应力发光材料的发展面临着两大明显挑战:首先,已有的应力发光材料大多存在于可见波段,缺乏高效的近红外应力发光材料,阻碍了应力发光在生物应力成像方面的应用。其次,目前除了经典的ZnS:Mn材料体系外,已报导的应力发光材料大多依赖于高能射线预辐照才能在受到应力激发下进行发光,并且连续应力刺激循环间隙还需要依赖再次辐照“充电”才能实现应力发光强度的恢复。

针对以上两个问题,华南理工大学彭明营教授、马志军副研究员和香港理工大学黄勃龙教授合作报道了一种无需预辐照激活即可实现应力发光的材料LiGa5O8:Cr3+,首次在常见的Cu和Mn离子掺杂外首次实现了Cr3+过渡金属离子激活的应力发光。经过详细的应力发光表征,发现其应力发光主峰位(716 nm)位于深红外-近红外波段。通过实验进一步证实了该材料发光具有一定的组织穿透特性,在未来有望作为生物应力成像的传感材料。此外,在连续10次的机械应力刺激下,该材料的应力发光强度仍然能够保持在较高的水平,且中途不需任何辐照进行再“充电”的过程。与此同时,理论计算表明Cr3+离子的掺杂对局部电子环境的调控,是该材料能够实现高效应力发光的关键因素。该工作为未来新型应力发光材料的设计提供了全新的思路,并进一步拓展了应力发光材料的应用范围。

相关论文在线发表在Advanced Functional Materials上,论文第一作者为华南理工大学物理与光电学院博士研究生熊普先。

论文信息:

Self‐Recoverable Mechanically Induced Instant Luminescence from Cr3+‐Doped LiGa5O8

Puxian Xiong , Bolong Huang, Dengfeng Peng, Bruno Viana, Mingying Peng,Zhijun Ma

Advanced Functional Materials

DOI: 10.1002/adfm.202010685