科研進(jìn)展
蘭州化物所摩擦/力致發(fā)光研究取得系列進(jìn)展
摩擦/力致發(fā)光是指材料在受到機(jī)械力學(xué)作用時(shí)可將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成光能的一種物理現(xiàn)象。由于摩擦/力致發(fā)光獨(dú)特的能源利用方式及其可視化、分布式力學(xué)響應(yīng)特征，摩擦/力致發(fā)光材料在新一代顯示與成像器件、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、生物力學(xué)傳感、人工智能、人機(jī)交互等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。然而，摩擦/力致發(fā)光的機(jī)理較為復(fù)雜，材料普遍存在亮度低、自恢復(fù)、重復(fù)性能差以及易受環(huán)境干擾等問(wèn)題，嚴(yán)重限制了其實(shí)際應(yīng)用。
中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所潤(rùn)滑材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室摩擦物理與傳感課題組王趙鋒研究員團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事摩擦/力致發(fā)光研究，在該領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)了復(fù)合型、自激活摩擦/力致發(fā)光（Materials Horizons,2019,6,2003），提出了界面摩擦電場(chǎng)誘導(dǎo)電子轟擊發(fā)光物理模型（Nano Energy,2022,96,107075），基于該模型，進(jìn)一步創(chuàng)制出自充能、長(zhǎng)壽命摩擦/力致發(fā)光材料及性能（Advanced Science,2022,9,2203249）。
近期，該團(tuán)隊(duì)聯(lián)合浙江大學(xué)、蘭州大學(xué)等機(jī)構(gòu)科研人員在摩擦/力致發(fā)光機(jī)理、材料及性能調(diào)制方面取得了系列進(jìn)展。通過(guò)對(duì)經(jīng)典摩擦/力致發(fā)光材料ZnS:Cu的合成工藝及相結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)控，解耦其發(fā)光物理過(guò)程，證實(shí)ZnS:Cu的摩擦/力致發(fā)光與其壓電性正相關(guān)（ACS Nano,2025,19,36578）。在復(fù)合型、自激活摩擦/力致發(fā)光機(jī)理研究方面，該團(tuán)隊(duì)基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了“復(fù)合彈性體宏觀受力后可在界面處產(chǎn)生高能輻射”的創(chuàng)新觀點(diǎn)，建立了基于高能輻射缺陷的自充能、長(zhǎng)壽命摩擦/力致發(fā)光設(shè)計(jì)策略（圖1；Small,2025,21,e06203）。此外，針對(duì)摩擦/力致發(fā)光材料復(fù)合的穩(wěn)定性和均一性問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)近期還開(kāi)發(fā)出一種基于力致發(fā)光的應(yīng)力傳感水凝膠，不僅解除了傳統(tǒng)摩擦/力致發(fā)光材料僅能應(yīng)用于疏水環(huán)境的限制，還為生物力學(xué)監(jiān)測(cè)與傳感提供了新思路和新途徑（Advanced Functional Materials,2025,35,2420142）。
圖1.?SLMPD/PDMS在紫外輻照、X射線輻照和拉伸刺激前后的光譜對(duì)比，以及界面高能輻射缺陷物理機(jī)制。
在復(fù)合型、自激活摩擦/力致發(fā)光研究方面，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步克服了其在自恢復(fù)和循環(huán)穩(wěn)定性方面的不足，發(fā)展出了一種基于界面摩擦電場(chǎng)誘導(dǎo)電子轟擊發(fā)光模型的稀土摻雜磷酸鹽基摩擦/力致發(fā)光復(fù)合材料（Ca6BaP4O17:Ce3+/PDMS）。無(wú)需預(yù)充能，該材料在機(jī)械力學(xué)的刺激下可直接展現(xiàn)出明亮的藍(lán)色發(fā)光，并可循環(huán)顯示1000次左右（Advanced Functional Materials,2024,34,2401535）。通過(guò)對(duì)界面摩擦電勢(shì)及輻射躍遷效率調(diào)控，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步構(gòu)筑出一種在高頻拉伸刺激下具有高重復(fù)性和高穩(wěn)定性的力致發(fā)光復(fù)合彈性體（CaBa4(PO4)3Cl:Eu/PDMS），該材料可展現(xiàn)出20000次以上的重復(fù)、穩(wěn)定摩擦/力致發(fā)光（圖2），為該領(lǐng)域長(zhǎng)期存在的循環(huán)穩(wěn)定性不足問(wèn)題提供了有效解決方案（Advanced Materials,2025,37,2505071）。
基于團(tuán)隊(duì)在高穩(wěn)定性摩擦/力致發(fā)光復(fù)合彈性體方面的重要成果，北京科技大學(xué)劉泉林教授在Matter上發(fā)表評(píng)論文章，通篇評(píng)論了王趙鋒研究員團(tuán)隊(duì)在此方面的最新研究進(jìn)展并給予了高度評(píng)價(jià)（Matter,2025,8,102349），反映出該成果對(duì)于摩擦/力致發(fā)光領(lǐng)域的重要意義。
圖2. CaBa4(PO4)3Cl:Eu/PDMS復(fù)合彈性體的力致發(fā)光重復(fù)性和自恢復(fù)性。
以上研究工作得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院區(qū)域發(fā)展青年學(xué)者項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院“西部之光-西部交叉團(tuán)隊(duì)”專(zhuān)項(xiàng)、甘肅省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等支持。
