郑州大学孙俊璐、董林&深圳大学彭登峰《AM》:相位调控的硼酸钙基多色机械发光
- 2026-02-16 16:59:56
本文报道了一种通过相调控策略合成的钙硼酸盐基多色机械发光（ML）材料。研究通过调节原料（H₃BO₃和CaO）的化学计量比，实现了Ca₂B₂O₅与CaB₂O₄相比例的精准调控（x = 1:0、8:3、2:1、5:4、0:1）。由于Mn²⁺在两种相中分别占据四面体和八面体配位环境，材料展现出从绿色（535 nm）到橙色（605 nm）的连续可调ML发射。该材料通过低温、无保护气氛的固相反应合成，与聚二甲基硅氧烷（PDMS）结合后，可用于多级光学加密（信息在日光/紫外下隐藏，仅通过ML激活解密）和运动监测（通过应力诱导的颜色变化实时可视化关节运动）。
研究问题：如何开发具有低制备成本、温和合成条件（无需高温和保护气氛）且可通过相调控实现多色发射的机械发光材料，以突破现有ML材料在组成稀缺性和制备复杂性上的限制。
研究难点: 传统ML材料（如ZnS、CaZnOS、SrAl₂O₄等）需高温（>1000°C）烧结或保护气氛，导致大规模生产困难；同时，多色ML通常依赖掺杂策略，而利用材料本征相结构调控实现颜色可调的研究较少1页。
文献综述：现有研究表明，ML材料在防伪、智能皮肤等领域应用广泛，但受限于合成条件苛刻（如ZnS需高温，SrAl₂O₄需保护气氛）。前期研究发现钙硼酸盐（如Ca₂B₂O₅）具有低烧结温度（750°C）和无气氛合成优势，但通过相比例调控实现多色ML的机制尚未被探索。
图5 运动监测流程。正常行走时，ML胶片不会被触发。当膝关节承受显著力时，可根据发射的ML颜色分布确定损伤角度。
本研究通过调控Ca₂B₂O₅与CaB₂O₄的相比例，成功实现了Mn²⁺配位环境（四面体/八面体）的调控，从而获得535-605 nm的多色ML发射。材料合成条件温和（950°C空气气氛），解决了传统ML材料的高温和保护气氛需求。基于其相似光致发光（PL）但差异化ML特性，构建了多级防伪系统（通过ML颜色编码ASCII信息），并实现了膝关节运动的实时应力可视化。该工作为低能耗、相可调ML材料的设计提供了新范式，拓展了其在信息安全和智能传感领域的应用。
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原文DOI:https://doi.org/10.1002/adma.202522179
