内蒙古师范大学朝克夫&深圳大学彭登峰丨LPR丨Tm³⁺激活的双发射比率型机械发光:利用能量转移诱导双峰比值变化实现安全传感与加密

1. 摘要

比率型力致发光（RML）将力学信息编码为多个发射通道的强度比值，相较于绝对发光强度检测，提升了检测精度与稳定性。目前已有的比率型力致发光体系主要采用多离子掺杂或多组分体系，存在可控性差、光谱重叠以及能量传递过程复杂等问题。本文报道一种单离子Tm³⁺激活的比率型力致发光材料YVO4:Tm³⁺，该材料在外力作用下可实现可见光与近红外（NIR）区间的锐利双发射。474纳米与800纳米两处清晰可分的特征峰均源于Tm³⁺不同的4f壳层内电子跃迁，二者光谱间距高达326纳米，能够实现高保真信号区分。机理研究表明，该比率发光现象由应力调控YVO4晶格与Tm³⁺之间的能量传递作用所引发。低应力条件下，基质³T₁能级发生能量传递，布居至Tm³⁺的³H₄能级，增强近红外发射。高应力条件下，电子向¹G₄能级跃迁，使发光恢复为本征光致发光状态，实现稳定高效的比率型力致发光。该可见-近红外双波段比率型力致发光已成功应用于列车车轮损伤检测，同时可搭建力学触发、光谱选通式信息加解密平台。该研究思路推动了单离子比率型力致发光的发展，适用于安全传感、结构诊断与光学加密等领域。

2. 图文导读

本研究采用高温固相法成功制备YVO₄:Tm³⁺，仅通过单一组分Tm³⁺掺杂即可实现可见光-红外分离式双峰力致发光。

该材料在外力作用下可产生明显力致发光，两个特征发射峰的发光强度随外力变化呈现线性变化规律。高低应力下双峰相对强度出现差异，原因在于钒酸根³T₁能级储存的电子发生重新分布，并在不同应力作用下向Tm³⁺离子完成能量转移。

YVO₄:Tm³⁺具备特征尖锐发射峰，在应力传感与信息检测领域拥有良好应用前景。通过掺杂不同离子可实现多色力致发光，以此构建信息加密体系，同时利用该材料可见-红外分离双峰特性制备信息加密器件。上述结果证实，YVO₄:Tm³⁺力致发光材料在应力传感与光学加密领域具备极高的实用价值与发展潜力。

https://doi.org/10.1002/lpor.71277

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