近日,我校新型光转换材料与光电检测研究团队王乐教授、房双强副教授联合西湖大学仇旻教授在应力发光与智能传感交叉领域取得重要突破,相关研究成果以“Mechano-electro-optical conversion dynamics in mechanoluminescence and its application in remote human–robot interaction”为题,发表于国际顶尖期刊《PhotoniX》(五年影响因子19.3,中科院1区Top)。我校2023级博士研究生程昊亮为论文第一作者,王乐教授、房双强副教授和仇旻教授为论文共同通讯作者。该研究成果首次以动态视角剖析应力发光的能量转换过程,构建起力-电-光动态响应模型,基于此模型开发了一种创新的拓扑优化应力发光弹性体,并利用动态应力发光实现远程人机交互。该研究不仅破解了力-光异步效应和力-光响应模型的长期疑团,更为基于应力发光的下一代人机交互应用提供了合理指导。

应力发光由于其无源、自恢复的发光特点,为自供能应力传感提供了新机遇。但应力发光亮度低是长期困扰其应用的公认难题。根本原因在于缺乏对力-光动态转换过程的深刻理解以及合理的力-光响应模型。针对上述挑战,研究团队自主搭建力-电-光同步测试平台,首次揭示并报道了刺激速率与刺激时间的耦合效应对应力发光性能的主导作用。通过剖析力-光转换动态过程,发现应力发光中普遍存在的力-电-光三重能量转换并给出实验证据。利用拓扑优化算法,使ZnS:Cu2+@PDMS弹性体应力发光亮度提升23.62倍,应力响应阈值降低88%,重量减轻20%,并实现了基于拓扑弹性体的遥控无人车和四足机器人运动智能交互。

该研究工作得到国家自然科学基金委联合基金重点项目(U24A20307)资助。原文链接:https://doi.org/10.1186/s43074-025-00210-6。