近日，中國(guó)計(jì)量大學(xué)光電學(xué)院和深圳大學(xué)物理與光電工程學(xué)院、香港理工大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)系開展合作，在智能光電材料與傳感技術(shù)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。中國(guó)計(jì)量大學(xué)趙英杰在教授白功勛和徐時(shí)清的共同指導(dǎo)下，在《先進(jìn)功能材料》期刊上發(fā)表了題為《面向力-光能量轉(zhuǎn)換和傳感應(yīng)用的發(fā)光離子摻雜四元壓電光子學(xué)材料》的研究論文。

壓電光子學(xué)材料的智能應(yīng)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(yīng)的新型功能材料，是支撐人工智能技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。特別是，智能發(fā)光材料在外部刺激下發(fā)光會(huì)發(fā)生改變，比如溫度、濕度、應(yīng)力、pH、電場(chǎng)或磁場(chǎng)、光照或化學(xué)物質(zhì)等。這種光信號(hào)變化對(duì)于諸如光電傳感，生物檢測(cè)，信息防偽，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等應(yīng)用至關(guān)重要。

其中，智能應(yīng)力發(fā)光材料與普通發(fā)光材料具有顯著不同，通過(guò)力的激勵(lì)能夠直接發(fā)光，是一類智能和清潔的發(fā)光材料。由于無(wú)需光照和通電，智能應(yīng)力發(fā)光材料在清潔光源和可視化動(dòng)態(tài)應(yīng)力無(wú)源探測(cè)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

針對(duì)高效能量轉(zhuǎn)換智能光學(xué)傳感材料的發(fā)展需求，中國(guó)計(jì)量大學(xué)光電材料與器件研究院設(shè)計(jì)開發(fā)了一系列激活離子摻雜的四元壓電半導(dǎo)體材料。基于晶體場(chǎng)與激活離子能級(jí)之間的耦合機(jī)制，將兩種發(fā)光離子同時(shí)引入壓電功能基質(zhì)，構(gòu)建受激電子躍遷的多路復(fù)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(xué)性能，實(shí)現(xiàn)了紫外線輻射，近紅外激光激發(fā)和應(yīng)力激勵(lì)的同時(shí)響應(yīng)，并展現(xiàn)出不同的光學(xué)特性和優(yōu)異的復(fù)現(xiàn)性。

該類智能發(fā)光材料在應(yīng)力的作用下極為敏感，無(wú)需光照和通電，約5N的手指按壓力作用下，發(fā)光便能達(dá)到肉眼可見(jiàn)的亮度。這種機(jī)械力與發(fā)光之間的直接能量轉(zhuǎn)換，在清潔光源和可視化動(dòng)態(tài)應(yīng)力無(wú)源探測(cè)、建筑物結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)、機(jī)械部件的受力應(yīng)變分析、信息防偽、機(jī)器人等諸多領(lǐng)域具有獨(dú)特的應(yīng)用前景。另外，基于近紅外光激發(fā)上轉(zhuǎn)換發(fā)光實(shí)現(xiàn)了高靈敏度的溫度檢測(cè)。團(tuán)隊(duì)研究表明，所開發(fā)智能發(fā)光材料在先進(jìn)光學(xué)傳感檢測(cè)中具有潛在應(yīng)用價(jià)值，對(duì)于光電子器件的功能化和集成化具有重要意義。

該項(xiàng)課題研究得到了浙江省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目，國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目，國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目以及國(guó)家重點(diǎn)研究發(fā)展計(jì)劃的支持。

相關(guān)論文消息：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202010265