【冀云】东北大学秦皇岛分校控制工程学院在高性能摩擦诱导电致发光材料的设计及应用领域取得重要突破-新闻网

【冀云】东北大学秦皇岛分校控制工程学院在高性能摩擦诱导电致发光材料的设计及应用领域取得重要突破

日期：2022年12月08日来源：冀云2022年12月8日作者：记者张琦通讯员吕江涛编辑：齐芳关注：[]

长城网·冀云客户端讯（记者张琦通讯员吕江涛）近日，东北大学秦皇岛分校赵勇教授团队教师在高性能摩擦诱导电致发光材料的设计及应用领域取得重要进展，其中一项研究成果“A Liquid-Solid Contact Electrification based All-Optical Liquid Flow Sensor for Microfluidic Analysis in Biomedical Applications（用于生物医学微流控分析中的液-固接触式全光流量传感器）”发表于材料领域国际顶级刊物Advanced Functional Materials（中科院一区，影响因子19.924），另一项成果 “Porous-Structure-Promoted Tribo-Induced High-Performance Self-Powered Tactile Sensor toward Remote Human-Machine Interaction（多孔结构促进的高性能摩擦自供电触觉传感器及其远程人机交互）”发表于材料领域国际顶级刊物 Advanced Science （中科院一区，影响因子17.512）。东北大学秦皇岛分校教师苏丽为两篇论文的第一作者，东北大学秦皇岛分校均为第一完成单位。该成果促进了学校光学工程学科的发展，提升了海洋光电信息感知研究团队成果水平。

近年来，许多智能光学材料由于具有高分辨率、直观性及远距离无线光传输的独特优势，成了自驱动传感器中具有希望的候选者。其中，摩擦诱导电致发光(TIEL)材料，因其低应力阈值和高应力响应率，引起了研究者们的广泛关注，在防伪、实时可视化传感、人机交互、清洁光源等领域均展现了广阔的应用前景。然而，随着对智能光学传感系统低功耗及高传感精度需求的不断增高，现有摩擦诱导电致发光材料发光性能的提升手段和效果仍十分有限，严重阻碍了其应用进程。基于此，赵勇教授团队与香港科技大学（广州）合作，围绕材料制备-作用机制-性能优化-应用开发的研究链，从构建内部空间带电区及电极几何设计的角度入手，探索出了大幅度提升摩擦诱导电致发光材料性能的新途径。

一方面，通过带背电极的多孔TIEL组件开发了一种新型自驱动触觉传感器(SPTS)以利用多孔结构在SPTS体内产生大量的摩擦电荷。研究结果表明，内部空腔的形变可以显著促进SPTS内部电致发光粉的电场变化幅值，与致密SPTS相比，发光强度提高了近三倍，同时，背电极中增强的静电感应电荷也可作为额外的电学通道，进一步提升了系统的功能性。经过优化设计，SPTS显示出优异的传感性能，包括超低检测阈值（1 kPa）、超高灵敏度（0.2 kPa^-1和22 V∙kPa^-1）、超快响应时间（<8 ms）以及优异的耐久性和稳定性（>20000次）。此外，利用背电极输出的电信号远程控制智能小车，同时利用TIEL光信号进行视频游戏操作，演示了其在实际应用中优异的双模远程人机交互能力。

另一方面，利用液-固界面上产生的TIEL开发了一种新型的自驱动全光流量传感器(ALFS)。其中，TIEL信号的产生基于液体和带电层之间的摩擦起电效应以及发光层的电致发光效应。通过优化底部栅格电极层，发光强度显著增加，获得了0.089 s mm^-1的高灵敏度和1 mm s^-1的低流速阈值。基于上述优异的传感性能，开发了基于ALFS的监控系统，通过实时分析摄像机捕获的光信号，实现了长距离传输的自供电无线光传感，并快速而准确地计算了液体中杂质的流速和粒径。此外，ALFS还适用于生物医学的应用。当患者接受输液治疗时，可以通过液体表面的发光精确地调整滴斗中的液位，以确保黑暗中输液的安全。一些生物图像，如洋葱细胞、松针细胞和蝇腿，能够在显微镜下的微流控芯片中清晰地观察到而无需任何额外光源。

综上，这两项研究为实现高性能摩擦诱导电致发光材料和制造全光智能传感系统提供全新的科学方法和技术参考，设计理念也有望为智能光学材料及系统的设计构建奠定良好的理论研究基础。