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| 中國(guó)海洋大學(xué)在近紅外應(yīng)力發(fā)光研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展 |
| http://www.rumandrelaxation.com 2026年2月3日 來(lái)源：華禹教育網(wǎng) |
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近日，中國(guó)海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)部物理與光電工程學(xué)院張君誠(chéng)教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Advanced Materials（《先進(jìn)材料》）發(fā)表題為“Dual-Window Broadband Near-Infrared Mechanoluminescence in MgO-Based Phosphors”（MgO基發(fā)光體的雙窗口寬帶近紅外應(yīng)力發(fā)光）的最新研究成果。系統(tǒng)研究了氧化鎂基材料在近紅外波段的應(yīng)力發(fā)光行為，并對(duì)其發(fā)光調(diào)控機(jī)制及物理起源進(jìn)行了分析。
應(yīng)力發(fā)光是指材料在受到摩擦、壓縮、拉伸等機(jī)械作用時(shí)產(chǎn)生光輻射的物理現(xiàn)象，其本質(zhì)涉及機(jī)械能向光能的直接轉(zhuǎn)換過(guò)程，在應(yīng)力狀態(tài)表征、結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及生物力學(xué)相關(guān)研究中具有重要研究意義。相較于可見(jiàn)光波段，近紅外波段光輻射具有散射較弱、背景干擾較低以及對(duì)生物組織穿透能力較強(qiáng)等特點(diǎn)，因此近紅外應(yīng)力發(fā)光材料近年來(lái)受到持續(xù)關(guān)注。然而，已有研究表明，近紅外一區(qū)應(yīng)力發(fā)光材料普遍存在發(fā)射帶寬較窄、實(shí)驗(yàn)條件受限等問(wèn)題；而近紅外二區(qū)材料則多依賴(lài)特定發(fā)光中心或復(fù)雜的能量傳遞過(guò)程，其發(fā)光效率和穩(wěn)定性仍有進(jìn)一步探究空間，上述因素在一定程度上制約了對(duì)其物理機(jī)制的系統(tǒng)理解。
圍繞上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了以鉻離子和鎳離子為發(fā)光中心的氧化鎂基應(yīng)力發(fā)光材料體系，對(duì)其在不同機(jī)械刺激條件下的發(fā)光行為開(kāi)展了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，摻雜鉻離子的氧化鎂材料在摩擦、碰撞、拉伸、壓縮、彎曲及扭轉(zhuǎn)等多種機(jī)械作用下均可產(chǎn)生穩(wěn)定的近紅外一區(qū)發(fā)光（700–1000 nm），且發(fā)射帶寬可隨摻雜濃度變化進(jìn)行連續(xù)調(diào)控；摻雜鎳離子的氧化鎂材料則表現(xiàn)出覆蓋近紅外二區(qū)（1000–1700 nm）的寬帶發(fā)光特性，并可在環(huán)境光條件下實(shí)現(xiàn)直接觀(guān)測(cè)。在機(jī)理分析方面，研究結(jié)果表明，應(yīng)力發(fā)光過(guò)程與局部電極化、電荷分離行為以及界面摩擦效應(yīng)等因素相關(guān)；發(fā)射光譜的變化則與晶體場(chǎng)環(huán)境調(diào)控及晶格結(jié)構(gòu)畸變密切相關(guān)。進(jìn)一步的共摻雜實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析了光激發(fā)與機(jī)械激發(fā)條件下的發(fā)光行為差異，揭示了不同激發(fā)方式下的能量轉(zhuǎn)換路徑的差異性，為理解中心對(duì)稱(chēng)氧化物體系中的力—光轉(zhuǎn)換機(jī)制提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)暗場(chǎng)與明場(chǎng)條件下的實(shí)驗(yàn)演示，對(duì)近紅外應(yīng)力發(fā)光在應(yīng)力分布可視化和生物力學(xué)成像中的表現(xiàn)進(jìn)行了展示，驗(yàn)證了該類(lèi)材料在復(fù)雜環(huán)境條件下的可探測(cè)性與穩(wěn)定性（圖1）。
圖1. 近紅外應(yīng)力發(fā)光在暗場(chǎng)和明場(chǎng)環(huán)境下的應(yīng)力分布可視化和生物力學(xué)成像實(shí)驗(yàn)展示
論文第一作者為中國(guó)海洋大學(xué)2022級(jí)博士研究生蔡憶雨，通訊作者為張君誠(chéng)教授，中國(guó)海洋大學(xué)為唯一通訊單位。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金以及中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)等項(xiàng)目的資助。
文：張君誠(chéng)
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202522739
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