重点实验室的彭登峰副教授团队在过去一年期间,在无机应力发光材料及应用方面取得系列进展,在Advanced Materials,Advanced Functional Materials 与Science Bulletin等期刊上发表了一系列论文。
1. 在Advanced Science (IF=15.1/Q1, Top)上发表题为“Smart Mechanoluminescent Phosphors: A Review of Strontium-Aluminate-Based Materials, Properties, and Their Advanced Application”的综述论文,深圳大学物理与光电工程学院彭登峰研究员,傅愉教授,体育学院曲思岑副研究员,南方科技大学徐晨副研究员为共同通讯作者,硕士研究生黄泽锋为论文的第一作者,参与作者有武汉大学涂东研究员,中科院兰州化学物理研究所王赵锋研究员。以铝酸锶基材料为例综述了应力发光智能材料的最近进展:包括应力发光特性与机理,同时还介绍了其关联的发光特性,如:光致发光特性、长余辉特性与电致发光特性,论文着眼于实际工程应用,系统且全面地综述了铝酸锶基材料的发展进程(全文44页双栏),合成技术与各种新应用领域,总结了其在应变传感,清洁能源等领域大规模应用遇到的机遇与挑战,提出了可能的解决方案,同时对应力发光未来发展方向进行展望。
论文原文链接:https://doi.org/10.1002/advs.202204925
2. 在Advanced Functional Materials (IF=19/Q1,Top)上发表题为“Near-Infrared Mechanoluminescence of Cr3+ Doped Gallate Spinel and Magnetoplumbite Smart Materials”的研究论文,北京科技大学刘泉林教授和深圳大学彭登峰研究员为共同通讯作者。Cr3+离子的应力发光现象在红宝石与蓝宝石应力发光虽有报道( Physical Review B, 2002, 66, 014108; Journal of Luminescence 2014, 154 , 511 ),但所表现出来的应力发光主要体现为断裂发光(一种破坏性发光),较难实现应用。此工作报道了基于尖晶石(ZnGa2O4与Zn3Ga2GeO8)以及磁铅石(SrGa12O19)结构Cr3+掺杂宽带弹性可重复性的近红外应力发光。三类结构中SrGa12O19:Cr3+性能尤为优越,具有更的低余辉背底与宽带发射,在20 N力作用下表现出750 nm的宽带近红外力致发光特性,其半峰宽达100 nm。三类体系在拉伸、压缩与摩擦等作用下均表现出优异的应力发光特性,这种近红外特性可以在太阳光照射激励下实现应力发光的可重复性(源于材料尖晶石层晶体结构内的反位缺陷以及阳离子空位)。研究还验证了所制备高亮度近红外应力发光的组织穿透实验,证实其在生物医学上的潜在应用可能。
论文原文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202209275
3. 在Materials & Design (IF=8.4/Q1, Top)上发表题为“Smart Semiconductor-Hetero-Junctions Mechanoluminescence for Printable and Wearable Sports Light Sources”的研究论文,深圳大学物理与光电工程学院彭登峰研究员,体育学院曲思岑副研究员,李宁公司技术研发部郑伟博士(正高级工程师,深圳大学研究生校外导师)为共同通讯作者,硕士研究生李旭为论文的第一作者。在此工作中,该团队设计合成了一系列三相异质结应力发光半导体材料,利用其异质结界面间的键合作用提高了基质中能量的传递效率,获得最佳三相半导体的应力发光强度约是单相SrZnOS:Mn2+的62.75倍,同时三相还保有明亮的光致发光和X射线诱导发光特性。进一步地,首次设计了两款新型可穿戴应力发光微光源:包括应力发光拉链与应力发光魔术贴,该技术已申报发明专利1项。与目前市面上已有的电致发光器件不同,它们不包含复杂的电路和电子器件,不用佩戴电池,因此具有更高的集成度、安全性和耐久度,在实际使用过程中可以在运动力作用下直接发出可见光,有望在野外救援、节能显示、绿色能源和柔性显示领域中得到广泛应用。
论文原文链接:https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.111589
4. 在Science Bulletin (IF=18.9/Q1, Top)上发表题为“Mechanoluminescent optical fiber sensors for human-computer interaction”的观点论文,深圳大学物理与光电工程学院彭登峰研究员,傅愉教授为共同通讯作者,任碧赟博士后为论文的第一作者。Science Bulletin的中文版《科学通报》创刊于1950年,是由中国科学院主管,中国科学院、国家自然科学基金委员会主办的自然科学综合性学术期刊,我国上世纪重大科技发现例如青蒿素,杂交水稻等重要工作皆发表在此刊。在此工作中,团队对应力发光光纤传感器在人机交互领域的发展做出总结与展望,并分析了应力发光材料用于人工智能器件所面临的挑战,本工作也是团队在Science Bulletin上发表的第3篇关于应力发光的评论性工作。
论文原文链接:https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.02.030
5. 在Science China Materials(IF=8.1/Q1, Top)上发表--题为“Mechanically Excited Thermometry in Erbium Ions”的研究论文,河北大学杨艳民教授,浙江大学邱建荣教授和深圳大学彭登峰研究员为共同通讯作者。此工作基于CaZnOS:Er3+应力发光材料和玻尔兹曼分布,与以往的上转换测温不同,本工作首次建立了无光源激发的应力发光温度传感技术的理论框架。仅在外部应力刺激下,发光中心Er3+能够发射出明亮的绿色荧光,且遵从玻尔兹曼分布理论。基于此,该研究证实了应力发光温度传感方法的适用性,并将其应用到实际案例中,实时监测环境温度。
论文原文链接:https://link.springer.com/article/10.1007/s40843-022-2250-y
6. 在Advanced Functional Materials (IF=19/Q1, Top)上发表题为“Stress-Triggered Mechanoluminescence in ZnO-Based Heterojunction for Flexible and Stretchable Mechano-Optics” 研究论文,深圳大学彭登峰研究员,浙江大学邱建荣教授和河北大学杨艳民教授为文章的共同通讯作者。此工作介绍了通过将ZnO粉体包埋在ZnF2: Mn2+基质中形成异质结的结构,通过异质结的界面效应来提高应力发光性能的方法。通过试验条件优化,获得应力发光最样品的摩尔比率为ZnF2: ZnO = 7: 3。通过密度泛函理论计算阐明应力发光增强机制。ZnO基第三代半导体,具有重要的应用前景。本工作中基于ZnO半导体异质结的应力发光特性,展示了其在各种力致光学场景中的应用:包括柔性和可拉伸光电子器件、自供电显示、电子皮肤、电子签名和防伪,无需使用外部光/电激励源,为未来智能机械控制设备和节能系统的发展提供设计思路。
论文原文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202301372
7. 在Journal of Materials Science (IF=4.5/Q2)上发表题为“Tuning Mechanoluminescent Long-Afterglow Composites Toward Mechanical Energy Lighting” 的研究论文,彭登峰研究员与傅愉教授为通讯作者,黄泽锋研究生为论文的第一作者。在此工作中,该团队研究Eu(II)和Dy(III)共掺杂对SrAl2O4的应力发光和长余辉性能的影响。通过Eu(II)和Dy(III)共掺杂,实现了最大两倍的应力发光亮度增强,并观察到适当的应力诱导余辉和弱应力余辉特征。利用这些特性展示了掺杂Dy(III)和Eu(II)铝酸锶在环境机械能转换中的应用。由于其机械激发发光特性可以减少电力消耗,可以在交通标志、运动场景和其他相关领域用作警示标识,该研究结果丰富了已商用的铝酸锶材料作为多发光智能复合材料的应用场景。该工作研究成果参展了2022年度的高交会,并申请专利1项,后续相关研究正在开展之中。
论文原文链接:https://link.springer.com/article/10.1007/s10853-022-07965-4
8. 在Advanced Materials (IF=29.4/Q1, Top)上发表题为“Mechanoluminescence And Photoluminescence Heterojunction for Superior Multi-mode Sensing Platform of Friction, Force, Pressure And Temperature in Fibers And 3D-printed Polymers” 的研究论文,深圳大学彭登峰研究员和西班牙拉拉古纳大学Marcin Runowski教授为共同通讯作者,浙大城市学院郑腾副研究员为论文的第一作者。采用3D打印技术和微米纤维纺丝技术打印基于异质结ZnS/CaZnOS: Mn2+应力发光材料新结构(该体系参看彭登峰研究员团队前期论文Advanced Materials, 2020, 32, 1907747; Advanced Materials, 2019, 31, 1807062)。本次工作构建了光致发光和应力发光的多激励发光功能传感平台。利用该传感平台,可以实现四种模式的光学温度探测:激发和发射光谱的光谱移位、带宽加宽和荧光寿命缩短。该工作为规模化生产基于应力发光新型集成光子器件与系统指明了方向。
论文原文链接:https://doi.org/10.1002/adma.202304140
9. 在Additive Manufacturing(IF=11/Q1, Top)上发表题为“Photopolymerization 3D Printing of Luminescent Ceramics”的研究论文,陈张伟教授和彭登峰研究员为共同通讯作者,深圳大学为通讯单位。此工作报道了利用还原光聚合3D打印技术制备应力发光的ZnS/CaZnOS:Mn2+陶瓷器件。基于ZnS/CaZnOS:Mn2+经过浆料制备、还原聚合、3D打印和烧结等工艺,制备了发光陶瓷和三维复杂结的应力发光陶瓷,后续3D打印的功能结构与器件的合作研究正在紧锣密鼓的开展。
论文原文链接:https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103695
10. 在Laser & Photonics Reviews (IF=11/Q1, Top)上发表题为“Novel Red Mechanoluminescence in Mn-doped ZnGa2S4 Crystal Phosphors via a Molten Salt Shielding Method” 的研究论文,彭登峰研究员为通讯作者,硕士研究生朱明炬为论文的第一作者。在此工作中,该团队在空气中通过熔盐屏蔽合成方法制备Mn掺杂ZnGa2S4半导体微晶体,具有CIE坐标为(0.6395, 0.3572)的理想红色应力发光发射。基于密度泛函理论计算,揭示了应力发光性能与晶体结构之间的关系,发现在施加力的情况下,Mn掺杂会导致ZnGa2S4晶体结构轻微变形,从而导致能带弯曲并在弱的力致电场作用下形成明亮的应力发光发射。该材料已于2022年7月申请发明专利,现已授权。团队前期与中国科学院福建物构所合作开展的镓基硫化物半导体应力发光工作发表在Dalton Transactions, 2022, 51 (27), 10457(4.0/Q1),该工作首次展示具有超快响应频次的稀土4f→5d在半导体大晶体基质中的应力发光。
论文原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202300517
注:据公开发表数据统计Web of Science(输入关键词Mechanoluminescence),近五年内(2019-2023),截止2023年7月彭登峰团队论文数量国际排名第一(无机应力发光领域,含合作),该团队在应力发光新结构与新型智能材料及应用方面的专利总量目前也是国内第一。