科研進展
蘭州化物所摩擦/力致發光研究取得系列進展
摩擦/力致發光是指材料在受到機械力學作用時可將機械能轉化成光能的一種物理現象。由于摩擦/力致發光獨特的能源利用方式及其可視化、分布式力學響應特征，摩擦/力致發光材料在新一代顯示與成像器件、結構健康監測、生物力學傳感、人工智能、人機交互等領域展現出巨大的應用前景。然而，摩擦/力致發光的機理較為復雜，材料普遍存在亮度低、自恢復、重復性能差以及易受環境干擾等問題，嚴重限制了其實際應用。
中國科學院蘭州化學物理研究所潤滑材料全國重點實驗室摩擦物理與傳感課題組王趙鋒研究員團隊長期從事摩擦/力致發光研究，在該領域發現了復合型、自激活摩擦/力致發光（Materials Horizons,2019,6,2003），提出了界面摩擦電場誘導電子轟擊發光物理模型（Nano Energy,2022,96,107075），基于該模型，進一步創制出自充能、長壽命摩擦/力致發光材料及性能（Advanced Science,2022,9,2203249）。
近期，該團隊聯合浙江大學、蘭州大學等機構科研人員在摩擦/力致發光機理、材料及性能調制方面取得了系列進展。通過對經典摩擦/力致發光材料ZnS:Cu的合成工藝及相結構的精準調控，解耦其發光物理過程，證實ZnS:Cu的摩擦/力致發光與其壓電性正相關（ACS Nano,2025,19,36578）。在復合型、自激活摩擦/力致發光機理研究方面，該團隊基于實驗結果，提出了“復合彈性體宏觀受力后可在界面處產生高能輻射”的創新觀點，建立了基于高能輻射缺陷的自充能、長壽命摩擦/力致發光設計策略（圖1；Small,2025,21,e06203）。此外，針對摩擦/力致發光材料復合的穩定性和均一性問題，團隊近期還開發出一種基于力致發光的應力傳感水凝膠，不僅解除了傳統摩擦/力致發光材料僅能應用于疏水環境的限制，還為生物力學監測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比，以及界面高能輻射缺陷物理機制。
在復合型、自激活摩擦/力致發光研究方面，團隊進一步克服了其在自恢復和循環穩定性方面的不足，發展出了一種基于界面摩擦電場誘導電子轟擊發光模型的稀土摻雜磷酸鹽基摩擦/力致發光復合材料（Ca6BaP4O17:Ce3+/PDMS）。無需預充能，該材料在機械力學的刺激下可直接展現出明亮的藍色發光，并可循環顯示1000次左右（Advanced Functional Materials,2024,34,2401535）。通過對界面摩擦電勢及輻射躍遷效率調控，團隊進一步構筑出一種在高頻拉伸刺激下具有高重復性和高穩定性的力致發光復合彈性體（CaBa4(PO4)3Cl:Eu/PDMS），該材料可展現出20000次以上的重復、穩定摩擦/力致發光（圖2），為該領域長期存在的循環穩定性不足問題提供了有效解決方案（Advanced Materials,2025,37,2505071）。
基于團隊在高穩定性摩擦/力致發光復合彈性體方面的重要成果，北京科技大學劉泉林教授在Matter上發表評論文章，通篇評論了王趙鋒研究員團隊在此方面的最新研究進展并給予了高度評價（Matter,2025,8,102349），反映出該成果對于摩擦/力致發光領域的重要意義。
圖2. CaBa4(PO4)3Cl:Eu/PDMS復合彈性體的力致發光重復性和自恢復性。
以上研究工作得到了中國科學院戰略性先導科技專項、國家自然科學基金、中國科學院區域發展青年學者項目、中國科學院“西部之光-西部交叉團隊”專項、甘肅省自然科學基金重點項目等支持。
