随着信息化和智能化时代的到来,力学传感在人类的生产生活中扮演着越来越重要的角色,如电子皮肤的智能触觉感知、机械部件对内应力的智能感知和监测。将力学信息转变为电信号进行处理和监测是目前最常用的力学传感方法,然而,该类力学传感器依赖于特定的电路设计和专业的电学信号监测设备,在诸多场景中仍无法应用。摩擦发光,也叫力致发光,是指材料在受到力学刺激后产生的一种发光现象。由于摩擦发光直接建立了力学和可视化发光信号之间的关联,其在可视化力学传感应用方面展现出了独特的优势。
兰州化学物理研究所摩擦物理与传感课题组王赵锋研究员团队长期致力于摩擦发光与可视化力学传感研究。最近,该研究团队与西北师范大学薛中华教授团队、美国康涅狄格大学Luyi Sun教授团队合作,利用焦磷酸锶的三维封闭网络结构,设计开发出了一种具有双发光中心的摩擦发光材料(Sr2P2O7:Eu,Y),该材料复合到聚二甲基硅氧烷(PDMS)基体后,在力学作用下展现出了明亮、持续、颜色可调的摩擦发光(如图1)。
图1 Sr2P2O7:Eu,Y/PDMS的摩擦发光性能
研究人员利用Sr2P2O7:Eu,Y材料中蓝色发光中心Eu2+和红色发光中心Eu3+在力学响应能力方面的差异性,进一步实现了Sr2P2O7:Eu,Y/PDMS柔性材料在应力/应变驱动下摩擦发光颜色的演变,通过建立器件的力学信息与摩擦发光颜色之间的关联,发展出了一种可通过发光颜色直接感知力学信息的可视化力学传感方法(如图2)。
该方法无需复杂的监测设备,通过裸眼直接观测或商用摄像头非接触式地监测发光颜色,即可获取材料、部件的力学信息,且摩擦发光颜色稳定,具有很强的实用性和可操作性,为结构健康监测、生物力学监测、人工智能皮肤、人机交互、物联网等领域提供了新型、实用的力学传感方法。
图2 应力/应变驱动下Sr2P2O7:Eu,Y/PDMS的摩擦发光颜色演变,以及基于摩擦发光颜色的可视化力学传感验证
相关结果近期以“Stress-induced color manipulation of mechanoluminescent elastomer for visualized mechanics sensing”为题发表在Nano Energy期刊上(Nano Energy, 2021, 83, 105860)。该论文的第一作者为西北师范大学与兰州化物所联合培养硕士研究生田碧蓉,通讯作者为兰州化物所研究员、中国科学院大学博士研究生导师王赵锋和西北师范大学薛中华教授,兰州化物所固体润滑国家重点实验室为该工作的第一研究单位。
此前,该团队通过摩擦发光器件设计,发展出了多种富有创新性的力学传感方法,如实现了一种基于摩擦发光信号可同时响应拉伸应变和拉伸状态的柔性应变传感器(Advanced Functional Materials, 2018, 28, 1803168),以及一种可同时感知表面接触物体实时位置、运动轨迹和接触载荷的全方位接触传感器(Materials Horizons, 2019, 6, 2003-2008)。然而,上述方法中关于力学数值的感知主要依赖于摩擦发光信号强度的变化。
以上工作得到了国家自然科学基金、甘肃省****基金、中科院人才计划、兰州化物所以及固体润滑国家重点实验室的支持。(来源:中国科学院兰州化学物理研究所)
相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105860
责任编辑:张婧睿
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
国科大博士研究生导师王赵锋等合作开发出具有双发光中心的摩擦发光材料
本站小编 Free考研考试/2021-12-25
相关话题/力学 材料 信息 信号 传感器
国科大博士生导师Speakman研究组发现mTOR信号介导低蛋白食物对小鼠摄食和体重的调控
人类膳食主要包括蛋白质、脂肪和碳水化合物三种宏量营养素。一直以来,学术界对膳食中的哪种宏量营养素是致肥的关键因素始终存在争议。早期很多****认为膳食中的脂肪或碳水化合物含量是导致肥胖的关键因素,近年来研究焦点又转向蛋白质,认为机体摄食的目的不是为了获取足够的能量,而是为了保证足够的蛋白质摄入量,因 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25国科大博士生导师王赵锋团队与国内外同行合作在摩擦发光与可视化力学传感方面获新进展
随着信息化和智能化时代的到来,力学传感在人类的生产生活中扮演着越来越重要的角色,如电子皮肤的智能触觉感知、机械部件对内应力的智能感知和监测。将力学信息转变为电信号进行处理和监测是目前最常用的力学传感方法,然而,该类力学传感器依赖于特定的电路设计和专业的电学信号监测设备,在诸多场景中仍无法应用。摩擦发 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25兰州化物所金属有机框架衍生化磁性碳萃取材料研究取得新进展
中国科学院兰州化学物理研究所色谱材料与分析技术课题组采用牺牲模板法制备了磁性三维框架碳纳米材料,并应用于样品前处理领域考察其萃取富集能力。 研究人员使用溶剂热法制备金属有机框架(MOFs),如MOF-235和Ni-MOF,以其为牺牲模板通过直接高温煅烧法制得MOFs衍生化磁性碳。在MOFs热解过程 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25国科大博士生导师王赵锋团队与国内外同行合作在摩擦发光与可视化力学传感方面获新进展
随着信息化和智能化时代的到来,力学传感在人类的生产生活中扮演着越来越重要的角色,如电子皮肤的智能触觉感知、机械部件对内应力的智能感知和监测。将力学信息转变为电信号进行处理和监测是目前最常用的力学传感方法,然而,该类力学传感器依赖于特定的电路设计和专业的电学信号监测设备,在诸多场景中仍无法应用。摩擦发 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25近代物理所在MAX相材料的辐照研究方面取得进展
材料在极端环境下的使役行为是制约核能使用和发展的主要瓶颈之一,材料问题决定着核能系统的可行性、安全性和经济性。核电技术的革新带来核能利用率和安全性的大幅提升,但其更加苛刻的工况环境对材料提出了更高要求。目前,新型F/M钢、ODS钢和SiC、ZrO2等复合陶瓷分别是核用结构材料研发的重点方向,人们正试 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25国科大博士生导师李永舫课题组在近红外吸收受体光伏材料和叠层有机太阳电池的研究中取得新进展
由前后两个单结有机太阳电池(OSC)串联组成的叠层有机太阳电池(叠层OSC),可以拓宽太阳光的利用范围,克服单结器件吸光范围有限以及热损耗等问题,从而获得更高的光电转换效率。然而由于叠层OSC中涉及的材料种类多,器件制备难度大,特别是目前缺乏高效的窄带隙光伏材料用于后结子电池,导致其发展仍然滞后于单 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25国科大博士生导师韩克利团队揭示非铅四重钙钛矿纳米晶及其高效光电探测器动力学机理
近日,国科大博士生导师大连化物所复杂分子体系反应动力学研究组(1101组)韩克利研究员团队在全无机非铅四重钙钛矿纳米晶发光动力学机理研究方面取得新进展。该团队报道了一系列新型非铅四重卤化物钙钛矿纳米晶的发光增强机制,并依此制备高性能光电探测器。 全无机CsPbX3(X=Cl,Br,I)型钙钛矿纳米 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25兰州化物所金属有机框架衍生化磁性碳萃取材料研究取得新进展
中国科学院兰州化学物理研究所色谱材料与分析技术课题组采用牺牲模板法制备了磁性三维框架碳纳米材料,并应用于样品前处理领域考察其萃取富集能力。 研究人员使用溶剂热法制备金属有机框架(MOFs),如MOF-235和Ni-MOF,以其为牺牲模板通过直接高温煅烧法制得MOFs衍生化磁性碳。在MOFs热解过程 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25“强流重离子加速器及其科学研究专题”在《中国科学:物理学 力学 天文学》出版
近日,由复旦大学现代物理研究所马余刚院士和中国科学院近代物理研究所赵红卫院士组织的“强流重离子加速器及其科学研究专题”在《中国科学:物理学力学天文学》中文版2020年第11期出版。 “强流重离子加速器及其科学研究专题”由我国从事加速器物理和核物理研究方面的专家,聚焦惠州加速器集群装置及其未来发展, ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25国科大博士生导师邱东与乔燕课题组合作在构筑强韧水凝胶材料方面取得重要进展
水凝胶类似于生物软组织,具有独特的微环境(高含水量和通透性)和自适应的特点,在药物缓释、伤口敷料、组织工程及柔性电子器件等领域展现出巨大的应用潜力。然而,传统水凝胶的力学性能和抗溶胀能力通常很差,导致其实际应用受限。 在国家自然科学基金委和中国科学院的支持下,国科大博士生导师、化学所高分子物理与化 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25