智能光電材料與傳感技術研究獲進展

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壓電光子學材料的智能應力發光示意圖

近日，中國計量大學光電學院和深圳大學物理與光電工程學院、香港理工大學應用物理學系開展合作，在智能光電材料與傳感技術領域取得重要進展。中國計量大學趙英杰在教授白功勛和徐時清的共同指導下，在《先進功能材料》期刊上發表了題為《面向力-光能量轉換和傳感應用的發光離子摻雜四元壓電光子學材料》的研究論文。

智能材料是一種能感知外部刺激，并且能夠做出響應的新型功能材料，是支撐人工智能技術發展的重要基礎。特別是，智能發光材料在外部刺激下發光會發生改變，比如溫度、濕度、應力、pH、電場或磁場、光照或化學物質等。這種光信號變化對于諸如光電傳感，生物檢測，信息防偽，數據存儲等應用至關重要。

其中，智能應力發光材料與普通發光材料具有顯著不同，通過力的激勵能夠直接發光，是一類智能和清潔的發光材料。由于無需光照和通電，智能應力發光材料在清潔光源和可視化動態應力無源探測方面具有獨特的優勢。

針對高效能量轉換智能光學傳感材料的發展需求，中國計量大學光電材料與器件研究院設計開發了一系列激活離子摻雜的四元壓電半導體材料。基于晶體場與激活離子能級之間的耦合機制，將兩種發光離子同時引入壓電功能基質，構建受激電子躍遷的多路復用，成功合成了高效的多模發光材料。系統地研究了新型智能發光材料的光學性能，實現了紫外線輻射，近紅外激光激發和應力激勵的同時響應，并展現出不同的光學特性和優異的復現性。

該類智能發光材料在應力的作用下極為敏感，無需光照和通電，約5N的手指按壓力作用下，發光便能達到肉眼可見的亮度。這種機械力與發光之間的直接能量轉換，在清潔光源和可視化動態應力無源探測、建筑物結構安全監測、機械部件的受力應變分析、信息防偽、機器人等諸多領域具有獨特的應用前景。另外，基于近紅外光激發上轉換發光實現了高靈敏度的溫度檢測。團隊研究表明，所開發智能發光材料在先進光學傳感檢測中具有潛在應用價值，對于光電子器件的功能化和集成化具有重要意義。

該項課題研究得到了浙江省自然科學基金重點項目，國家自然科學基金面上項目，國家自然科學基金聯合基金重點項目以及國家重點研究發展計劃的支持。