新型柔性陶瓷薄膜可375℃下持續(xù)發(fā)光

在柔性光致發(fā)光材料“高溫發(fā)光”的賽道上，西安工程大學張坤團隊發(fā)表在Advanced Optical Materials 的最新工作把柔性可見發(fā)光的耐溫極限推至375℃，并首次利用X射線全散射測量為非晶陶瓷納米纖維的“柔韌性+高溫發(fā)光”機制拍下了微觀結構高清特寫。碩士研究生穆丹為第一作者（現已入職咸陽師范學院）。

柔性光致發(fā)光材料作為一類可適配復雜曲面的光學材料，在極端環(huán)境監(jiān)測、特種裝備可視化及高溫設備標識等領域具有不可替代的應用價值。然而，傳統(tǒng)柔性光致發(fā)光材料在極端條件下的服役性能存在顯著局限，主要體現在三個方面：（1）基材耐高溫瓶頸：常規(guī)柔性聚合物基材的耐高溫性差，即使特制有機聚合物也難以在300℃以上長時間工作，無法滿足航空航天等極端場景的需求；（2）發(fā)光均勻性調控難題：發(fā)光中心分散不均導致高溫下發(fā)光均勻性差；（3）高溫發(fā)光猝滅效應：溫度超過200℃時，傳統(tǒng)柔性發(fā)光材料易出現發(fā)光強度急劇下降（猝滅），嚴重限制其在極端環(huán)境中的發(fā)光應用。因此，迫切需要在具有極端溫度穩(wěn)定性的柔性光致發(fā)光材料領域取得突破性進展，以推動柔性發(fā)光器件的發(fā)展。

為了實現柔性發(fā)光材料超寬溫域內穩(wěn)定發(fā)光并兼具優(yōu)異力學性能，張坤團隊采用靜電紡絲結合后續(xù)煅燒的工藝，成功制備出柔性非晶Sm2O3-La2O3-ZrO2（SLZ）納米纖維薄膜，為柔性高溫光致發(fā)光器件的發(fā)展提供了新范式。該柔性發(fā)光納米纖維薄膜的核心優(yōu)勢如下：（1）超寬溫域發(fā)光不褪色：從 -12 ℃的低溫到375 ℃的高溫，紅光亮度和顏色幾乎無變化，覆蓋了絕大多數極端應用場景的溫度范圍。（2）耐溫極限推至375 ℃：在 375℃下連續(xù)加熱24小時，材料既沒有出現結構開裂、褶皺，發(fā)光亮度也無明顯下降，解決了傳統(tǒng)材料高溫易老化的痛點。（3）反復彎折仍穩(wěn)定發(fā)光：經過多次反復彎曲測試，材料優(yōu)異的力學性能仍能保持；即使在折疊、拉伸狀態(tài)下發(fā)光功能完全不受影響，顯著優(yōu)于多數柔性發(fā)光材料。

這種薄膜材料的優(yōu)異性能來自獨特的非晶納米纖維結構。短程有序（Short-range Order）——發(fā)光中心穩(wěn)定：強短程有序表明[SmO]多面體形成以及局部配位結構剛性，保證了發(fā)光中心（Sm3+）的環(huán)境穩(wěn)定性，從而確保了光致發(fā)光的穩(wěn)定性，并為發(fā)光均勻性奠定基礎。中程有序（Medium-range Order）—發(fā)光及力學強化：[Sm3]-O-[Sm3]中程有序連續(xù)性結構，抑制了高溫下配位環(huán)境的破壞，有效減弱了高溫下的發(fā)光淬滅；同時提高非晶氧化物的韌性，增強了材料的機械強度和抗變形能力。長程無序（Long-range Disorder）—非晶態(tài)結構增柔：長程無序避免了結晶材料中因原子長程規(guī)則排列形成的“薄弱面”（易斷裂的原子平面），顯著降低了材料的脆性，提升了柔韌性和抗斷裂能力，使其能適應極端環(huán)境下的機械應力。