Advanced Functional Materials:发光离子激活智能发光材料

智能材料是一种能感知外部刺激,能够做出响应的新型功能材料,是支撑人工智能技术发展的重要基础。特别地,智能发光材料在外部刺激下发光会发生改变,比如温度、湿度、应力、pH、电场或磁场、光照或化学物质等。这种光信号变化对于诸如光电传感,生物检测,信息防伪,数据存储等应用至关重要。其中智能应力发光材料与普通发光材料具有显著不同,通过力的激励能够直接发光,是一类智能和清洁的发光材料。由于无需光照和通电,智能应力发光材料在可视化动态应力无源探测方面具有独特的优势。

针对高效能量转换智能光学传感材料的发展需求,中国计量大学白功勋与徐时清课题组和香港理工大学郝建华教授合作,开发了一系列发光离子掺杂的四元压电半导体材料。基于晶体场与激活离子能级之间的耦合机制,将两种不同发光离子(过渡族金属离子Mn和稀土离子Er)同时引入压电功能基质,构建受激电子跃迁的多路复用,成功合成了高效的多模发光材料。系统地研究了新型智能发光材料的光学性能,实现了紫外线辐射,近红外激光激发和应力激励的同时响应,并展现出不同的光学特性和优异的复现性。该类智能发光材料在应力的作用下无需光照和通电,约5N的手指按压力作用下,发光便能达到肉眼可见的亮度。这种机械力与发光之间的直接能量转换,在清洁光源和可视化动态应力无源探测、建筑物结构安全监测、机械部件的受力应变分析、信息防伪、机器人等诸多领域具有独特的应用前景。另外,基于近红外激光激发上转换发光实现了高灵敏度的温度检测。结果表明,所开发智能发光材料在先进光学传感检测中具有潜在应用价值,对于光电子器件的功能化和集成化具有重要意义。

相关结果在线发表在Advanced Functional Materials上,论文第一作者为中国计量大学研究生赵英杰,该工作还得到深圳大学彭登峰教授合作。

论文信息:

Multiresponsive Emissions in Luminescent Ions Doped Quaternary Piezophotonic Materials for Mechanical-to-Optical Energy Conversion and Sensing Applications

Yingjie Zhao, Dengfeng Peng, Gongxun Bai, Youqiang Huang, Shiqing Xu, and Jianhua Hao

DOI: 10.1002/adfm.202010265