力致發光

力致發光（mechanoluminescence, ML ）,又稱摩擦發光（triboluminescence,TL ），是一種古老而又神秘的發光現象，與光致發光、電致發光等發光過程不同，力致發光是物質在受到機械作用（力）而產生的。最早由Francis Bacon 記錄於1605年，其在《Advancement of Learning》中記載了通過刮糖塊能夠觀察到發光。儘管對力致發光已經研究了幾百年，但目前對其發光機理以及發光過程尚未有統一的理論。具有力致發光性質的材料因其在新型光源、顯示和壓力感測器等領域的套用前景而受到廣泛的關注。

基本介紹

• 中文名：力致發光
• 外文名：mechanoluminescence
• 套用：光源、顯示、應力感測及檢測
• 簡稱：ML、TL

現象描述

力致發光是指物質在受到機械作用如摩擦、加壓、衝擊、破碎以及超聲等產生的發光現象，其發光光譜位置通常與光致發光一致。截止到2014年，據估計約50%的無機鹽及有機化合物具有力致發光現象。

分類

根據發光時材料的形變類型可分為破壞性發光(Fracture Mechanoluminescence, FML)、塑性變 形 發 光 (Plastic Mechanoluminescence, PML) 、 彈 性 變 形 發 光 (ElasticMechanoluminescence, EML)，前兩者都屬於破壞性發光，這種發光現象在自然界中普遍存在，如地震、岩石破碎等高能量釋放引起的發光。在基質的彈性變形限度內，彈性力致發光螢光粉由於發光的可重複性以及發光強度與應力大小的規律性關係，使得通過檢測應力發光的分布而確定應力分布成為可能，引起人們的極大研究興趣。

EML化合物

研究歷史

1605年，Francis Bacon 在《Advancement of Learning》中記載了通過刮糖塊能夠觀察到發光，這也是最早記載的力致發光現象。

隨後很長一段時間，由於表征技術手段有限，對力致發光的研究很緩慢。

得益於光電倍增管（PMT）的發展，力致發光的研究在上世紀取得了很快的進展，特別是1999年，Xu CN 等人報導了具有強力致發光強度的ZnS:Mn及SrAl₂O₄:Eu，並將其套用在應力感測上，促進了力致發光的研究。

2015年，中山大學池振國教授等人首次報導了具有AIE（聚集誘導發光）性質的力致發光化合物SPFC ，由於AIE使其在聚集態也表現出強的螢光性質，也帶來了強的力致發光強度。隨後，其又報導了一系列具有AIE效應的力致發光化合物。

與此同時，武漢大學李振教授也報導了一系列具有AIE效應的力致發光化合物，除此之外，其還首次發現力致磷光現象。

產生機理

力致發光目前尚無統一的機理。以無機力致發光化合物ZnS:Mn為例，一般認為其力致發光主要是因為化合物的非中心對稱晶體結構在受到力刺激時產生壓電勢，進而使價帶和導帶傾斜，陷阱深度降低，進而更容易使電子脫束縛，脫束縛的電子與空穴發生非輻射躍遷複合，該非輻射躍遷的能量傳遞給Mn，使其被激發，隨後發射出585nm左右的黃色光。

表征手段

力致發光的表征手段尚不統一，大多為各自實驗室自製，常見的表征手段主要為落球法、AFM以及萬能試驗機等。

力致發光分析設備主要包括機械外力產生部分和 力致發光信號收集分析部分。至今，已建立了包括壓縮、彎曲、拉伸、衝擊、超聲和壓力脈衝技術等多樣的機械力的產生方式，配合一個分光光度計或者光纖光譜儀來分析樣品的發射信號。

在大多數情況下，需要對團聚顆粒力致發光化合物的特性進行評估。採用萬能試驗機對樣品施加壓縮力，配合光纖光譜儀來收集力致發光信號是普遍採用的評估材料力致發光的方式。這種方法需要先將待測力致發光螢光粉與透明環氧樹脂混合，固化為一定形狀，尺寸的複合物式樣，通常式樣尺寸為直徑 25 mm，高15 mm，而樹脂與螢光粉的比例可根據螢光粉的特性調節。試驗機施加壓縮力於複合物樣品，環氧樹脂將受到的壓縮力傳遞給分散在其中的粉末樣品。通過控制萬能試驗機施加壓縮力的大小，該測試方式可以定量探究不同壓力與 ML 發光強度的關係。

雖然表征手段的多種多樣，但目前缺乏統一的標準來衡量各種表征手段下的力致發光強度。同時，由於力致發光過程的瞬時性以及低強度等特點，很難實現對力致發光過程的準確及精確的表征。