機(jī)械發(fā)光是指材料在摩擦學(xué)、力學(xué)刺激下的一種發(fā)光行為。由于其獨(dú)特的摩擦學(xué)/力學(xué)可視化以及力學(xué)的空間分辨能力，機(jī)械發(fā)光為解決目前摩擦學(xué)/力學(xué)傳感中存在的關(guān)鍵問(wèn)題帶來(lái)了新思路和新途徑。受材料的結(jié)構(gòu)體系、存在形態(tài)、力學(xué)施加條件等影響，機(jī)械發(fā)光的具體表現(xiàn)形式各式各樣。為準(zhǔn)確把握機(jī)械發(fā)光的各種形式并指導(dǎo)機(jī)械發(fā)光的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，亟需從根本上理解其物理過(guò)程。

　　中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所摩擦物理與傳感課題組王趙鋒研究員團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于機(jī)械發(fā)光研究。最近，該研究團(tuán)隊(duì)與國(guó)內(nèi)同行合作，報(bào)道了一類(lèi)非壓電機(jī)械發(fā)光材料Sr₃Al₂O₅Cl₂:Ln (SAOCL; Ln = Eu²⁺, Tb³⁺, Ce³⁺)，該類(lèi)材料具有非常高的對(duì)稱(chēng)性，其在粉體狀態(tài)或與硬質(zhì)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合后無(wú)機(jī)械發(fā)光現(xiàn)象，當(dāng)其與柔性聚二甲基硅氧烷（PDMS）復(fù)合后可產(chǎn)生明亮的機(jī)械發(fā)光（如圖1）。

圖1 SAOCL的結(jié)構(gòu)及非壓電機(jī)械發(fā)光性能

　　SAOCL/PDMS的機(jī)械發(fā)光展現(xiàn)出了陷阱非依賴(lài)性和自恢復(fù)特性，說(shuō)明材料在機(jī)械發(fā)光的過(guò)程中具有自激活行為，即在力學(xué)作用下材料內(nèi)部電子可直接躍遷到激發(fā)態(tài)。為進(jìn)一步明確SAOCL/PDMS的力學(xué)激發(fā)過(guò)程，該團(tuán)隊(duì)從機(jī)械發(fā)光的基體效應(yīng)出發(fā)，結(jié)合SAOCL的熱釋光譜和摩擦起電性能分析，提出了SAOCL/PDMS非壓電機(jī)械發(fā)光的界面摩擦電場(chǎng)誘導(dǎo)電子轟擊模型，即在SAOCL與PDMS的界面摩擦作用下，轉(zhuǎn)移到PDMS上的電子在界面摩擦電場(chǎng)作用下加速轟擊SAOCL，引起SAOCL內(nèi)部電子躍遷到激發(fā)態(tài)，進(jìn)而產(chǎn)生機(jī)械發(fā)光。研究人員進(jìn)一步分析了材料的機(jī)械發(fā)光與陰極射線發(fā)光性能，二者之間的一致性也為提出的界面摩擦電場(chǎng)誘導(dǎo)電子轟擊發(fā)光模型提供了直接證據(jù)（如圖2）。

圖2 SAOCL的基體效應(yīng)及非壓電機(jī)械發(fā)光原理

　　正是由于這一獨(dú)特的物理過(guò)程，SAOCL/PDMS的機(jī)械發(fā)光展現(xiàn)出了常規(guī)材料不具備的熱穩(wěn)定性能，通過(guò)利用SAOCL/PDMS獨(dú)特的機(jī)械發(fā)光性能（如陷阱非依賴(lài)性、自恢復(fù)性、熱穩(wěn)定性），該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)展出了可視化溫度傳感器件和多模式信息存儲(chǔ)器件。

　　相關(guān)結(jié)果近期以“Interfacial triboelectrification-modulated self-recoverable and thermally stable mechanoluminescence in mixed-anion compounds”為題發(fā)表在Nano Energy期刊上（Nano Energy, 2022, 96, 107075）。中國(guó)科學(xué)院大學(xué)博士生白永慶為該論文第一作者，王趙鋒研究員為通訊作者。

　　以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、甘肅省杰出青年基金、中科院先導(dǎo)B培育項(xiàng)目等的支持。