【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】隨著信息化和智能化時(shí)代的到來(lái)，力學(xué)傳感在生產(chǎn)生活中起著越來(lái)越重要的作用，如電子皮膚的智能觸覺(jué)感知、機(jī)械部件對(duì)內(nèi)應(yīng)力的智能感知和監(jiān)測(cè)。將力學(xué)信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)進(jìn)行處理和監(jiān)測(cè)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(shè)計(jì)和專(zhuān)業(yè)的電學(xué)信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)備，在諸多場(chǎng)景中仍無(wú)法應(yīng)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(xiàn)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(hào)之間的關(guān)聯(lián)，其在可視化力學(xué)傳感應(yīng)用方面展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
中國(guó)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(tuán)隊(duì)長(zhǎng)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(tuán)隊(duì)與西北師范大學(xué)教授薛中華團(tuán)隊(duì)、美國(guó)康涅狄格大學(xué)教授Luyi Sun團(tuán)隊(duì)合作，利用焦磷酸鍶的三維封閉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)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(fù)合到聚二甲基硅氧烷(PDMS)基體后，在力學(xué)作用下展現(xiàn)出明亮、持續(xù)、顏色可調(diào)的摩擦發(fā)光。
研究人員利用Sr2P2O7:Eu,Y材料中藍(lán)色發(fā)光中心Eu2+和紅色發(fā)光中心Eu3+在力學(xué)響應(yīng)能力方面的差異性，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了Sr2P2O7:Eu,Y/PDMS柔性材料在應(yīng)力/應(yīng)變驅(qū)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。
該方法無(wú)需復(fù)雜的監(jiān)測(cè)設(shè)備，通過(guò)裸眼直接觀測(cè)或商用攝像頭非接觸式地監(jiān)測(cè)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(wěn)定，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和可操作性，為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、生物力學(xué)監(jiān)測(cè)、人工智能皮膚、人機(jī)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(jié)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(yǎng)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(rùn)滑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為該工作的第一研究單位。
此前，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)摩擦發(fā)光器件設(shè)計(jì)，發(fā)展出多種富有創(chuàng)新性的力學(xué)傳感方法，如實(shí)現(xiàn)了一種基于摩擦發(fā)光信號(hào)可同時(shí)響應(yīng)拉伸應(yīng)變和拉伸狀態(tài)的柔性應(yīng)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(yùn)動(dòng)軌跡和接觸載荷的接觸傳感器(Materials Horizons)。上述方法中關(guān)于力學(xué)數(shù)值的感知主要依賴(lài)于摩擦發(fā)光信號(hào)強(qiáng)度的變化。
研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、甘肅省杰出青年基金、中科院人才計(jì)劃、蘭州化物所以及固體潤(rùn)滑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。
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