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隨著(zhù)信息化和智能化時(shí)代的到來(lái)，力學(xué)傳感在生產(chǎn)生活中起著(zhù)越來(lái)越重要的作用，如電子皮膚的智能觸覺(jué)感知、機械部件對內應力的智能感知和監測。將力學(xué)信息轉變?yōu)殡娦盘栠M(jìn)行處理和監測是目前常用的力學(xué)傳感方法，然而，該類(lèi)力學(xué)傳感器依賴(lài)于特定的電路設計和專(zhuān)業(yè)的電學(xué)信號監測設備，在諸多場(chǎng)景中仍無(wú)法應用。摩擦發(fā)光，又稱(chēng)力致發(fā)光，是指材料在受到力學(xué)刺激后產(chǎn)生的一種發(fā)光現象。由于摩擦發(fā)光直接建立了力學(xué)和可視化發(fā)光信號之間的關(guān)聯(lián)，其在可視化力學(xué)傳感應用方面展現出了獨特的優(yōu)勢。

　　中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所摩擦物理與傳感課題組研究員王趙鋒團隊長(cháng)期致力于摩擦發(fā)光與可視化力學(xué)傳感研究。近日，該研究團隊與西北師范大學(xué)教授薛中華團隊、美國康涅狄格大學(xué)教授Luyi Sun團隊合作，利用焦磷酸鍶的三維封閉網(wǎng)絡(luò )結構，設計開(kāi)發(fā)出一種具有雙發(fā)光中心的摩擦發(fā)光材料（Sr₂P₂O₇:Eu,Y），該材料復合到聚二甲基硅氧烷（PDMS）基體后，在力學(xué)作用下展現出明亮、持續、顏色可調的摩擦發(fā)光（圖1）。

　　研究人員利用Sr₂P₂O₇:Eu,Y材料中藍色發(fā)光中心Eu²⁺和紅色發(fā)光中心Eu³⁺在力學(xué)響應能力方面的差異性，進(jìn)一步實(shí)現了Sr₂P₂O₇:Eu,Y/PDMS柔性材料在應力/應變驅動(dòng)下摩擦發(fā)光顏色的演變，通過(guò)建立器件的力學(xué)信息與摩擦發(fā)光顏色之間的關(guān)聯(lián)，發(fā)展出一種可通過(guò)發(fā)光顏色直接感知力學(xué)信息的可視化力學(xué)傳感方法（圖2）。

　　該方法無(wú)需復雜的監測設備，通過(guò)裸眼直接觀(guān)測或商用攝像頭非接觸式地監測發(fā)光顏色，即可獲取材料、部件的力學(xué)信息，且摩擦發(fā)光顏色穩定，具有很強的實(shí)用性和可操作性，為結構健康監測、生物力學(xué)監測、人工智能皮膚、人機交互、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域提供了新型、實(shí)用的力學(xué)傳感方法。

　　相關(guān)研究結果以Stress-induced color manipulation of mechanoluminescent elastomer for visualized mechanics sensing為題，發(fā)表在Nano Energy上。該論文的第一作者為西北師范大學(xué)與蘭州化物所聯(lián)合培養碩士研究生田碧蓉，通訊作者為蘭州化物所王趙鋒研究員和西北師范大學(xué)薛中華教授，蘭州化物所固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗室為該工作的第一研究單位。

　　此前，該團隊通過(guò)摩擦發(fā)光器件設計，發(fā)展出多種富有創(chuàng )新性的力學(xué)傳感方法，如實(shí)現了一種基于摩擦發(fā)光信號可同時(shí)響應拉伸應變和拉伸狀態(tài)的柔性應變傳感器（Advanced Functional Materials），以及一種可同時(shí)感知表面接觸物體實(shí)時(shí)位置、運動(dòng)軌跡和接觸載荷的全方位接觸傳感器（Materials Horizons）。上述方法中關(guān)于力學(xué)數值的感知主要依賴(lài)于摩擦發(fā)光信號強度的變化。

　　研究工作得到國家自然科學(xué)基金、甘肅省杰出青年基金、中科院人才計劃、蘭州化物所以及固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗室的支持。