欧洲杯

近日，欧洲杯 付作岭教授课题组在超亮摩擦型应力发光定向设计预测取得重要进展。研究聚焦于摩擦型应力发光过程中机械力激活阈值高、发光机理不清两大关键难题，系统探讨了界面功函数差对摩擦电荷密度及发光强度的影响机制，并结合理论计算深入阐释了电荷转移过程。进一步，团队借助晶体介电理论，建立了微观极化行为与宏观介电常数之间的半定量关联，揭示出介电极化对摩擦发光性能的调控规律。在此基础上，研究团队还成功拓展了该材料在人机交互、工业监测和水下通信等实际场景中的应用潜力。相关成果以“Ultra‐Bright Far‐Red Tribo‐Mechanoluminescent Composite Based on Work‐Function‐Mediated Charge Transfer and Dielectric Polarization for Human‐Machine Interfaces”为题发表在国际权威期刊《Laser & Photonics Reviews》上。

摩擦应力发光技术作为一种无需外加电源、凭借机械力即可直接产生光信号的新型发光方式，在自供电可穿戴电子设备与人机交互领域展现出独特优势。然而，该技术长期面临激活阈值高、力-光转换机理模糊等核心瓶颈，制约了其从实验室走向实际应用的进程。在本研究中，付作岭教授团队设计并制备了Tb₃Sc₂Al₃O₁₂:Eu³⁺@聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合薄膜，依托界面摩擦起电效应，成功实现了波长为711 nm的超亮远红光发射。该复合薄膜在1 Hz、1 N的超低激活力下，摩擦电荷密度可达到17.5 nC/cm²，展现出优异的力学响应灵敏度。研究进一步结合密度泛函理论计算揭示，当荧光材料与PDMS之间的功函数差达到1.11 eV时，可实现高效的界面摩擦电荷转移，为降低激活阈值提供了明确的设计依据。

功函数调控荧光粉-PDMS复合薄膜界面电荷转移的概念验证。

摩擦应力发光测试装置自主搭建及不同配比薄膜的发光光谱。

针对力-光转换机理不清的关键科学问题，团队创新性地引入复杂晶体化学键介电理论与克劳修斯-莫索提方程，建立了材料微观极化特性与宏观介电常数之间的半定量关联，证实介电常数与极化率呈正相关，从而揭示了介电极化对摩擦发光性能的调控本质。这一“功函数调控电荷转移-介电极化增强发光”的双通道协同机制，为低阈值、高亮度摩擦发光材料的理性设计奠定了理论基础。

人机交互传感系统应用示意图。

在应用验证方面，该复合薄膜在水下通信模拟测试中表现出极低的信号串扰和优异的环境稳定性，在反复弯折、拉伸等形变条件下仍能保持稳定的发光输出，展现出良好的柔性集成潜力与人机兼容性，也为面向智能可穿戴设备、工业结构健康监测及水下无线光通信等领域的材料开发提供了全新思路。

论文第一作者为欧洲杯 2023级光学专业博士研究生赵佳琦，通讯作者为付作岭教授。该工作得到了国家自然科学基金的资助，同时得到了欧洲杯 仪器设备共享平台的测试支持。

论文全文链接：

//doi.org/10.1002/lpor.71361