力致發光(Mechanoluminescence, ML)是材料在壓縮、拉伸、摩擦、刮擦、沖擊等力學刺激下產生的發光現象，該過程可直接將機械能轉換為光能。在當前全球能源危機的情況下，力致發光材料作為***種重要的智能材料，在新型傳感、先進照明、環保顯示、新能源等領域展現出廣泛的應用前景。迄今為止，多種材料被報道具備力致發光特性，包括ZnS:Cu/Mn、SrAl2O4:Eu、Li/NaNbO3:Pr和CaZnOS:Mn等。但這些材料的ML發光機理都是基于壓電系統而建立，使得研究人員對于ML基質的選擇局限于壓電材料上。近年來，在CaTiO3、NaCa2GeO4F和Li2ZnGeO4等無壓電性的中心對稱材料中發現了力致發光現象逐漸打破了這***傳統認知。這表明，除了與壓電相關的ML外，應該還有另***種物理過程也可以將宏觀力學刺激與微觀電子轉移聯系起來。考慮到非壓電性材料中ML出現的具體原理/機制尚不清楚，揭示非壓電性相關的ML過程對于完善現有的ML理論具有重要意義，對于指導ML性能設計和促進實際應用也具有重要價值。

中***科學院蘭州化學物理研究所王趙鋒研究員團隊在***際知名期刊Nano energy上發表了題為“Interfacial triboelectrification-modulated self-recoverable and thermally stable mechanoluminescence in mixed-anion compounds” 的研究論文。該文章通過有機-無機復合策略制備了具有自恢復性能的非壓電ML材料Sr3Al2O5Cl2:Ln (SAOCL;Ln = Eu2+, Tb3+, Ce3+)/PDMS，并***次提出摩擦電場誘導電子轟擊模型解釋這***力致發光現象。

為揭示非壓電性相關的ML過程并提供深刻的物理見解，該文章研究了***種具有高晶體對稱性和可忽略的壓電性的混合陰離子體系Sr3Al2O5Cl2（SAOCL）。值得注意的是，將SAOCL材料嵌入柔性聚二甲基硅氧烷(PDMS)彈性體后，可以表現無需預輻照、自恢復和不依賴于陷阱的ML性能。通過將基體效應與熱釋光(TL)、陰極發光(CL)和摩擦電分析相結合，***次證明并建立了具有直接激發-發射過程的界面摩擦電致電子轟擊模型。另外，Sr3Al2O5Cl2基復合彈性體的ML還展現出了優異的熱穩定性能。基于這優異的ML性能，該文章進***步設計開發了可視化溫度傳感和圖案化信息儲存兩種光學器件。

圖1 （a）Sr3Al2O5Cl2晶體結構；（b）復合彈性體示意圖；（c）橫截面SEM圖；（d-f）不同Eu2+、Tb3+和Ce3+摻雜濃度下，SAOCL/PDMS的ML圖；（g-i）***佳摻雜濃度下，ML對應力、應變的響應曲線。

采用兩步法合成了稀土摻雜Sr3Al2O5Cl2 (SAOC)粉體。為了研究ML性能，將合成的粉末與厚度約為1 mm的PDMS彈性基體復合。與其光致發光(PL)行為相似，SAOCE/PDMS、SAOCT/PDMS和SAOCC/PDMS彈性體表現出強烈的橙色、綠色和藍色ML，分別對應于Eu2+ (4f65d→4f7)、Tb3+ (5D4→7Fj (j = 6,5,4,3))和Ce3+ (5d→4f)的特征輻射躍遷。SAOC中Eu2+、Tb3+和Ce3+的***佳摻雜濃度分別為0.06、0.02和0.04。另外，彈性體的ML也表現出應力/應變響應特性。

圖2 （a-c）不同溫度下預熱處理的ML強度；（d）SAOCL/PDMS復合彈性體在室溫下的自恢復特性（e）SAOCL/PDMS復合彈性體在不同環境溫度下放置5 min和（f）在398 K下放置不同時間的自恢復程度；（g-i）SAOCL/PDMS復合彈性體在 398 K不同時間間隔拉伸ML發光的循環穩定性。

圖3 (a)各種復合彈性體力致發光性能圖示; (b) 不同載荷條件下聚合物基體與SAOCE粉末摩擦1min時的表面摩擦電勢; (c) 聚合物表面摩擦電位衰減速率; (d) SAOCL/PDMS彈性體的ML強度和SAOCL粉末的CL強度對比；（e）SAOCL/PDMS復合彈性體的非壓電ML機制示意圖。

1、經過相同熱處理的彈性體的ML與TL光譜不同，無論他們在低溫或高溫下預熱，ML幾乎不變。這充分證明了彈性體中觀察到的ML與本征陷阱無關。陷阱不依賴、自恢復的ML發光特性均表明，SAOCL/PDMS復合彈性體的機械發光應涉及發光中心直接的激發-發射過程。

2、SAOCL/ER硬質基質復合材料沒有觀察到任何ML，說明雖然在缺陷或摻雜劑附近應該存在局部壓電，但壓電場不能導致ML的產生。當SAOCL粉末和柔性基體復合時，拉伸作用下SAOCL/PDMS獲得強烈ML, SAOCL/PU的無ML和SAOCL/SG的弱ML,說明界面摩擦相互作用可能是ML產生的原因，且這種界面摩擦誘導的ML還依賴于基質的類型。通過摩擦電位的測試發現，只有與SAOCL摩擦后獲得負電位電子的基質才能產生ML。另外，CL測試表明，ML強度與CL強度***致，說明在摩擦電場下電子直接轟擊是合理的；

3、研究發現，在沒有任何外部幫助的情況下，在環境條件下放置***段時間后，ML可以在***定程度上自行恢復。而且，環境溫度的升高也可以使彈性體的自恢復程度更高，能夠顯著縮短恢復時間。依據提出的摩擦電場誘導電子轟擊模型也可以解釋這***現象。隨著ML顆粒從聚合物鏈上分離，復合彈性體的界面結合將被削弱。兩者都會導致界面摩擦電場減小，從而降低摩擦強度。然而，提高環境溫度可以有效地緩解或修復彈性滯后和界面組合，從而進***步導致ML自恢復程度增加，自恢復時間縮短。

圖4 （a-c）SAOCL/PDMS復合彈性體在不同溫度下的力致發光光譜；（d）ZnS:Cu/PDMS復合彈性體在不同溫度下的力致發光光譜; (e)SAOCE/ZnS:Cu/PDMS在不同溫度下的ML光譜；(f)溫度誘導SAOCE/ZnS:Cu/PDMS的ICu/IEu變化;(g) 顏色坐標(x, y)與環境溫度之間的相關性; (h) 溫度誘導的SAOCE/ ZnS:Cu/PDMS的ML色演變;(i) 用肉眼直接觀察ML顏色進行可視化的溫度感應。

圖5 (a) 多模防偽裝置的制作工藝; (b) 不同激活/刺激下的多模防偽圖案光學照片; (c) 已研制的具有各種操作模式的加密裝置的原理圖和光學照片。

    基于SAOCL/PDMS獨特的力致發光性能，該文章進***步設計開發了可視化溫度傳感和圖案化信息儲存兩種光學器件。