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      發(fā)布日期:2023-03-16 10:15:37 瀏覽:
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      前沿拓展:


      19世紀(jì)的法國(guó)雕塑家羅丹曾說(shuō)過(guò):“生活中不缺少美只是缺少發(fā)現(xiàn)美的眼睛”。誠(chéng)然,生活中很多有趣的現(xiàn)象往往總是被我們所忽視,你觀察過(guò)黑暗中破碎或者砸碎冰糖時(shí)的亮光嗎?你注意過(guò)猛烈撕開(kāi)透明膠帶時(shí)的藍(lán)色閃光嗎?這些都是在日常生活中隨處可見(jiàn)的兩個(gè)物體在摩擦過(guò)程中產(chǎn)生的一種奇特的摩擦發(fā)光現(xiàn)象。不過(guò),冰糖和透明膠帶的摩擦發(fā)光確實(shí)不算是很強(qiáng),想要用儀器清楚地記錄下來(lái)也不太容易。

      今天,我們來(lái)欣賞另外一種更加強(qiáng)烈的摩擦發(fā)光,不過(guò)這個(gè)在日常生活中就不容易觀察到了。隨著科技的發(fā)展,摩擦發(fā)光已經(jīng)成為了一個(gè)日趨興盛的科學(xué)研究方向。

      那么什么是摩擦發(fā)光?摩擦發(fā)光到底有什么作用呢?

      現(xiàn)在將材料在摩擦、刮劃、擠壓、撞擊等外界機(jī)械刺激時(shí)所產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象都稱為摩擦發(fā)光。它能夠?qū)o(wú)處不在的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為我們?nèi)庋劭梢?jiàn)的光學(xué)信號(hào),這就相當(dāng)于給人眼裝上了“系統(tǒng)外掛”,只需觀察摩擦過(guò)程中的發(fā)光信號(hào),就可直觀獲得摩擦過(guò)程中的各種力學(xué)行為。

      因這種神奇特性,近年來(lái),摩擦發(fā)光引起了科研工作者的廣泛關(guān)注并在眾多領(lǐng)域中展示出了巨大的應(yīng)用價(jià)值,如用于應(yīng)力分布檢測(cè)、動(dòng)態(tài)壓力傳感、信息加密和防偽等。然而,摩擦發(fā)光對(duì)力學(xué)信號(hào)的監(jiān)測(cè),目前主要以材料的發(fā)光強(qiáng)弱作為判斷依據(jù),這種方法容易受周?chē)h(huán)境和主觀判斷的影響,極大地制約了其在實(shí)際中的應(yīng)用。

      結(jié)合以上問(wèn)題,近日,中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所摩擦物理與傳感課題組王趙鋒研究員團(tuán)隊(duì)與西北師范大學(xué)薛中華教授研究團(tuán)隊(duì)和美國(guó)康涅狄格大學(xué)Luyi Sun教授團(tuán)隊(duì)合作,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出了一種具有兩種脾性發(fā)光中心的摩擦發(fā)光材料(Sr2P2O7:Eu,Y),如圖1。將該材料復(fù)合到彈性基體(聚二甲基硅氧烷)后,在不同力學(xué)條件刺激下,兩種脾性的發(fā)光中心將產(chǎn)生不同發(fā)光顏色的光學(xué)響應(yīng)。

      圖1 Sr2P2O7:Eu,Y/PDMS彈性體的微觀形貌和摩擦發(fā)光性能

      研究人員利用Sr2P2O7:Eu,Y材料中兩種不同脾性發(fā)光中心對(duì)外力響應(yīng)的差異性,實(shí)現(xiàn)了 Sr2P2O7:Eu,Y/PDMS 柔性材料在應(yīng)力/應(yīng)變驅(qū)動(dòng)下摩擦發(fā)光顏色的動(dòng)態(tài)演變。如圖2,在裸眼直接觀測(cè)條件下,材料在較小的應(yīng)力/應(yīng)變區(qū)間時(shí)表現(xiàn)出藍(lán)色發(fā)光,而在較大的應(yīng)力/應(yīng)變區(qū)間時(shí)則表現(xiàn)為粉色發(fā)光,由此實(shí)現(xiàn)了用可視化的發(fā)光顏色來(lái)半定量地判斷材料內(nèi)部的應(yīng)力/應(yīng)變信息,這種方法因此被稱為可視化力學(xué)傳感。

      圖2 應(yīng)力/應(yīng)變驅(qū)動(dòng)下Sr2P2O7:Eu,Y/PDMS彈性體摩擦發(fā)光顏色演變過(guò)程,以及基于摩擦發(fā)光顏色的可視化力學(xué)傳感驗(yàn)證。

      該方法具有很強(qiáng)的實(shí)用性和可操作性,為實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、生物力學(xué)監(jiān)測(cè)、人工智能皮膚、人機(jī)交互、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域中力學(xué)信息的實(shí)時(shí)感知提供了一種新型、實(shí)用的方法和途徑。

      以上結(jié)果近期發(fā)表在Nano Energy期刊上(Nano Energy,2021, 83, 105860)。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、甘肅省杰出青年基金、中科院人才計(jì)劃、蘭州化物所以及固體潤(rùn)滑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。

      來(lái)源:中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所

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