先进仿生皮肤的力致发光材料展望 | Science Bulletin

近期，题为“Mechanoluminescence Materials for Advanced Artificial Skin”的展望文章在Science Bulletin在线发表，介绍了力致发光材料在材料合成、加工组装以及仿生皮肤应用中的问题并提出相应的解决方案，展望了力致发光材料的未来发展方向。

✎ 应力发光 
应力发光（Mechanoluminescence，简称ML）是指发光材料在各种机械刺激（如弯折、扭曲、按压、拉伸、碰撞、摩擦、切割、断裂和超声等）激励下而发光的现象。与常见的电致发光和光致发光现象不同，应力发光将机械刺激直接转化为光信号，无需外加电场或者光照，在新光源及显示、生物成像、智能传感、能量收集、建筑探伤及安全监测、信息安全、柔性电子和智能机器人等诸多领域具有重大的应用价值。

据不完全统计，世上现存无机固体材料中接近半数和有机固体材料中约三分之一具有力致发光特性，然而，高亮度、自恢复的弹性力致发光材料却寥寥无几，主要集中在稀土离子掺杂的铝酸锶和过渡金属离子掺杂的硫化锌，急需开发新的、高亮度、颜色可调和性能稳定的弹性力致发光材料来满足进一步的应用要求。

当前大数据分析和人工智能等领域的发展能够有效预测材料性能，极大提高筛选效率，为新型弹性力致发光材料的开发提供了有力工具。

 力致发光材料合成及加工方法

✎ 高温固相烧结法
高温固相烧结法目前是力致发光材料主要的制备方法，产品为致密坚硬的块体，需要经过球磨粉碎成细小颗粒过筛分选后使用，然而，球磨所得颗粒往往尺寸不均(粒径分布为几微米到几十微米)、形状不规则，限制材料在高分辨、有序化和高精端光电器件中的应用。

✎ 溶液合成法 
溶液合成法被期待更进一步地用于力致发光材料的合成，在解决高温固相烧结法弊端的同时，有望实现力致发光材料的多层次和多维度生长。

在实际应用中，力致发光材料通常需要与聚合物混合，经固化成型后使用，难以构建复杂的精细结构。先进的材料加工方法，如3D打印等，被期待用于力致发光材料的加工组装，实现相关器件精细和复杂结构的构建。

力致发光材料将机械刺激直接转化为光信号，且在一定范围内光信号强度与施加力的大小呈线性关系，非常适合作为光学触觉传感器用于仿生皮肤。然而，材料输出信号为动态光信号，难以检测静态力，同时需要设备对信号进行实时监测。开发具有长余辉的和记忆功能的力致发光材料，实现静态或动态力的实时或延时检测，是力致发光材料未来的发展方向之一。

深圳大学王春枫副研究员为文章第一作者，深圳大学彭登峰教授和中科院北京纳米能源与系统研究所潘曹峰研究员为文章通讯作者。

【文章链接】 

Mechanoluminescence Materials for Advanced Artificial Skin

Chunfeng Wang, Dengfeng Peng, Caofeng Pan

Science Bulletin, 2020-03-23

DOI: https://doi.org/10.1016/j.scib.2020.03.034

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