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| 中國(guó)海洋大學(xué)在多物理場(chǎng)調(diào)控缺陷態(tài)發(fā)光研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展 |
| http://www.netislanduk.com 2024年4月17日 來(lái)源：華禹教育網(wǎng) |
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近日，中國(guó)海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)部物理與光電工程學(xué)院張君誠(chéng)教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊Nature
Communications（《自然·通訊》）上發(fā)表了題為“Dynamic multicolor
emissions of multimodal phosphors by Mn2+ trace doping
in self-activated
CaGa4O7”（在自激活CaGa4O7中摻入微量Mn2+實(shí)現(xiàn)多模式發(fā)光材料的動(dòng)態(tài)變色發(fā)光）的研究論文。
隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，人們對(duì)物理場(chǎng)感知和信息安全的需求日益增加。智能發(fā)光材料可將不同的外部環(huán)境刺激轉(zhuǎn)變?yōu)樨S富的光學(xué)信息，在光學(xué)傳感、智能防偽、信息加密等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價(jià)值。發(fā)光材料的激發(fā)模式和由此產(chǎn)生的發(fā)光顏色是實(shí)現(xiàn)識(shí)別-認(rèn)證應(yīng)用的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)的發(fā)光材料局限于單模式響應(yīng)和靜態(tài)單色發(fā)光，存在傳感模式單一或加密等級(jí)低的問題。亟需構(gòu)建具有動(dòng)態(tài)變色發(fā)光特性的多模式發(fā)光材料，在時(shí)間和空間的維度上實(shí)現(xiàn)多激勵(lì)感知和高階加密，滿足更高層次的應(yīng)用需求。然而，動(dòng)態(tài)變色發(fā)光機(jī)制尚不清楚，且缺乏多模式發(fā)光材料的設(shè)計(jì)方法，嚴(yán)重阻礙了動(dòng)態(tài)多模式發(fā)光材料的開發(fā)和應(yīng)用。
圖1. (a-c)：光-熱-力物理場(chǎng)下多模式發(fā)光和動(dòng)態(tài)變色發(fā)光的照片。(d-f)：隨時(shí)間和溫度變化的動(dòng)態(tài)發(fā)光的色坐標(biāo)，基于反熱猝滅熒光的溫度傳感，以及基于應(yīng)力發(fā)光的應(yīng)力分布圖像。（g-i）光、熱、力物理場(chǎng)調(diào)控的電子輸運(yùn)和躍遷路徑示意圖。
針對(duì)以上難題，張君誠(chéng)教授團(tuán)隊(duì)提出利用本征和非本征缺陷協(xié)同誘導(dǎo)多物理場(chǎng)發(fā)光的策略，通過在自激活的鎵酸鹽基質(zhì)中引入微量Mn2+激活劑的方法，首次在單一材料中獲得具有動(dòng)態(tài)變色熒光的多模式發(fā)光，并在時(shí)間和空間維度上展示了由力-熱-光物理場(chǎng)調(diào)控的顏色、圖案和光強(qiáng)的動(dòng)態(tài)變化和傳感應(yīng)用。機(jī)理研究結(jié)果表明，基質(zhì)的間隙缺陷（iO, iGa）及氧空位主導(dǎo)受激電子的輸運(yùn)和躍遷過程，并通過氧空位引起的色心與Mn2+激發(fā)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)能量，導(dǎo)致具有時(shí)間記憶效應(yīng)的變色發(fā)光動(dòng)力學(xué)過程。摻雜的微量Mn2+具有穩(wěn)定近鄰缺陷和引入非本征缺陷能級(jí)的雙重作用，缺陷與Mn2+能級(jí)間的電子輸運(yùn)和能量傳遞路徑受不同物理場(chǎng)調(diào)控，從而產(chǎn)生光-熱-力響應(yīng)的多模式發(fā)光。該研究將為研發(fā)動(dòng)態(tài)多模式發(fā)光材料和明晰陷阱控制型動(dòng)態(tài)發(fā)光機(jī)制提供重要支持，有望推動(dòng)該類材料在動(dòng)態(tài)發(fā)光顯色、高階防偽加密、多刺激傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用。
中國(guó)海洋大學(xué)2020級(jí)碩士研究生唐藝倩和2022級(jí)博士研究生蔡憶雨為本論文的共同第一作者，中國(guó)海洋大學(xué)張君誠(chéng)教授、香港理工大學(xué)黃勃龍副教授為共同通訊作者，中國(guó)海洋大學(xué)為第一通訊單位。該研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金、山東省泰山學(xué)者青年專家計(jì)劃等項(xiàng)目支持。
張君誠(chéng)教授團(tuán)隊(duì)致力于固體發(fā)光與應(yīng)力傳感領(lǐng)域的研究。近期，該團(tuán)隊(duì)在陷阱控制型應(yīng)力發(fā)光的調(diào)控原理（Adv. Funct. Mater., 2021, 31: 2100221）和應(yīng)力發(fā)光的產(chǎn)生機(jī)制（Adv. Funct. Mater., 2023, 33: 2305482）等方面也取得了一系列研究進(jìn)展。
通訊員：徐君嶺
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