【儀表網 研發快訊】面向新一代光學器件發展需求，構建集成多模式光學信號的刺激響應型器件備受關注。然而，制備方法的差異與發光機制的非相關性嚴重制約了物理微結構與化學發光單元的兼容性。另外，形變誘導的光信號轉換因不依賴外部能量輸入、響應速度快和靈敏度高而受到日益增多的關注。但目前所報道的此類光學器件的制備過程復雜，輸出的光信號單一，視覺效果與轉換效率十分有限，能同時實現形變驅動光信號轉換和多光模式集成的器件策略較少。因此，開發能夠協同調控刺激響應矩陣、物理光調制結構與化學發光單元的一體化設計策略仍面臨重大挑戰。
由單分散磷光SiO2納米球制備的多光學形態彈性體的形變誘導光學信號切換特性示意圖
針對這一難題，西安交通大學物理學院研究人員創新性地提出了集成透射光、散射光、熒光(FL)和室溫磷光(RTP)的多模式光學信號響應系統構建策略。通過高溫煅燒包覆熒光碳點(CDs)的單分散SiO?納米球(SiO? NPs)，成功制備出兼具單分散特性、均勻球形形貌與長壽命室溫磷光的RTP-SiO? NPs，實現了物理光調制結構與化學發光的有效兼容。進一步將RTP-SiO? NPs與聚二甲基硅氧烷(PDMS)復合，構建了多光學形態集成的彈性體(MOME)。在外力拉伸或擠壓作用下，材料內部微裂紋和微空隙的形成導致折射率失配，使MOME呈現從透明態向白色散射態的可逆轉變。尤為突出的是，形變誘導的散射增強顯著提升了材料的FL和RTP發光強度。此外，MOME還展現出獨特的動態調控特性，包括磷光衰減過程中的形變調控效應、溶劑-形變協同響應的光學開關行為等。據文獻調研，這是目前首例實現形變誘導FL與RTP自散射增強且動態可逆調控的報道。
基于上述特性，MOME獨特的機械形變響應光學行為在水下機械力(水壓、水流、水沖擊等)傳感領域展現出顯著優勢。通過協同利用MOME的光散射調制特性及其形變依賴的FL/RTP發光特性，研究人員系統探索了該材料作為光學傳感裝置在水下管道位移偏差、泄漏檢測、泄漏速率評估、管道膨脹及局部異常凸起等工況的實時可視化感知與監測應用。該研究成果為多模式光學集成器件的設計提供了突破性解決方案。具有多信號輸出的響應型光學器件的成功構建，為實現器件光學信號與響應效率的多維度調控提供了機會，展現出廣闊的應用前景。
基于MOME的形變誘導的散射調節，實現對水下管道間距，位移偏移和溶劑泄漏傳感
該工作以“Deformation-Induced Multioptical Morphology Elastomer Constructed from Phosphorescent Nanospheres for Underwater Mechanical Sensing”為題發表在《ACS Nano》上，西安交通大學物理學院為唯一通訊單位，文章第一作者是西安交通大學物理學院博士生王昌興，西安交通大學物理學院盧學剛教授、楊森教授為論文通訊作者。該項研究得到了國家重點研發計劃項目，國家自然科學基金和陜西省自然科學基金的支持，也得到了西安交通大學大型儀器設備共享實驗中心提供的相關表征和分析支持。
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