黄色 绿色:两种摩擦发光材料的新玩法

作者:匿名 2019-10-31 10:21:58 阅读量:352

古人发明了钻孔木材,通过摩擦生火,用于烘烤食物、取暖和照明,促进了人类文明的进步。我相信每个人都很熟悉钻木头生火,但是你听说过摩擦照明吗?这里的灯不是指火。

早在1605年,弗朗西斯·培根在他的著作中清楚地记录了学习的进展,即当蔗糖在黑暗中研磨和挤压时,可以观察到摩擦发光。此后,越来越多的材料被发现具有摩擦发光现象。当然,人们还发现,除了摩擦之外,这些材料在受到其他机械行为,如冲击、压缩、拉伸等时也会发光。因此,人们也称摩擦发光为“力发光”。

那么,摩擦发光有什么用呢?首先,与目前日常生活中使用的光致发光和电致发光相比,摩擦发光可以利用无处不在的机械能作为激发源,从而避免了人工产生光/电致发光激发源的需要,更加绿色环保。此外,它可以直接将外界输入的机械能转化为光能,有望应用于机械传感、人工智能等领域。然而,摩擦发光是一种瞬态行为,从根本上限制了它的实际应用。

近日,中国科学院兰州化学物理研究所研究员王兆丰团队与兰州大学副教授张迟佳团队和美国康涅狄格大学孙陆毅教授团队合作,报道了两种高性能摩擦发光材料——YAG:Ce3和bsson: eu2。

这两种摩擦发光材料有各自的魔力。yag:ce3在摩擦等机械刺激后会发出超亮黄光。然而,它充满个性。只有当你用力刺激它,它才会发光。如果你不刺激它,它就不会发光。相比之下,bsson: eu2的特性要温和得多。在机械刺激下,它不仅发出绿光,而且它的发光可以持续几十秒钟。从图1中我们可以看到他们各自的能力。

图1黄色瞬态摩擦发光材料yag: ce3和绿色连续摩擦发光材料bsson: eu2

研究人员巧妙地利用两种摩擦发光材料的不同温度来进一步设计和开发两种有趣的柔性器件:

第一种装置被称为机械感应三模防伪装置。众所周知,防伪在我们的日常生活中非常有用。商品包装上有防伪标记,我们可以放心购买。研究人员开发的该装置防伪技术新颖,通过手指挤压等非常方便的方法,可以动态呈现装置中包含的防伪信息(如图2所示),大大提高了当前的防伪技术水平,让造假者束手无策。

图2机械感应三模动态防伪装置

另一种设备是全尺寸移动触觉传感器。随着智能的出现,人工智能技术已经成为科学技术发展的趋势,其中智能传感至关重要。研究人员同时利用yag:ce3和bsson:eu2摩擦发光材料各自的性质,构建了一个非常神奇的触觉传感器(如图3所示)。

当一个物体碰到它时,它会害羞并发出强烈的黄绿色光。当一个物体在它的表面滑动时,它不仅会发出超强的黄绿色光,还会在自己身上牢牢地刻上彼此的标记,形成一条绿色的轨迹。如果我们把它做成人造皮肤,贴在手臂上,当我们无聊的时候,我们可以在上面写字画画,这真的很方便,环保,简单,有趣。此外,它能够准确感知物体与器件表面之间的接触载荷,有望应用于机械监控、人机交互等高端领域。

图3是能够同时感测接触位置、运动轨迹和接触负载的全向触觉传感器

上述结果最近发表在皇家化学学会(RSC)的《材料地平线杂志》(Materials Horizons,2019,DOI: 10.1039/C9Mh01028a)上,并被选为内封面。

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