广东
面向新一代光学器件发展需求，构建集成多模式光学信号的刺激响应型器件备受关注。然而，制备方法的差异与发光机制的非相关性严重制约了物理微结构与化学发光单元的兼容性。另外，形变诱导的光信号转换因不依赖外部能量输入、响应速度快和灵敏度高而受到日益增多的关注。但目前所报道的此类光学器件的制备过程复杂，输出的光信号单一，视觉效果与转换效率十分有限，能同时实现形变驱动光信号转换和多光模式集成的器件策略较少。因此，开发能够协同调控刺激响应矩阵、物理光调制结构与化学发光单元的一体化设计策略仍面临重大挑战。
由单分散磷光SiO2纳米球制备的多光学形态弹性体的形变诱导光学信号切换特性示意图
针对这一难题，西安交通大学物理学院研究人员创新性地提出了集成透射光、散射光、荧光（FL）和室温磷光（RTP）的多模式光学信号响应系统构建策略。通过高温煅烧包覆荧光碳点（CDs）的单分散SiO₂纳米球（SiO₂ NPs），成功制备出兼具单分散特性、均匀球形形貌与长寿命室温磷光的RTP-SiO₂ NPs，实现了物理光调制结构与化学发光的有效兼容。进一步将RTP-SiO₂ NPs与聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合，构建了多光学形态集成的弹性体（MOME）。在外力拉伸或挤压作用下，材料内部微裂纹和微空隙的形成导致折射率失配，使MOME呈现从透明态向白色散射态的可逆转变。尤为突出的是，形变诱导的散射增强显著提升了材料的FL和RTP发光强度。此外，MOME还展现出独特的动态调控特性，包括磷光衰减过程中的形变调控效应、溶剂-形变协同响应的光学开关行为等。据文献调研，这是目前首例实现形变诱导FL与RTP自散射增强且动态可逆调控的报道。
基于上述特性，MOME独特的机械形变响应光学行为在水下机械力（水压、水流、水冲击等）传感领域展现出显著优势。通过协同利用MOME的光散射调制特性及其形变依赖的FL/RTP发光特性，研究人员系统探索了该材料作为光学传感装置在水下管道位移偏差、泄漏检测、泄漏速率评估、管道膨胀及局部异常凸起等工况的实时可视化感知与监测应用。该研究成果为多模式光学集成器件的设计提供了突破性解决方案。具有多信号输出的响应型光学器件的成功构建，为实现器件光学信号与响应效率的多维度调控提供了机会，展现出广阔的应用前景。
基于MOME的形变诱导的散射调节，实现对水下管道间距，位移偏移和溶剂泄漏传感
该工作以“Deformation-Induced Multioptical Morphology Elastomer Constructed from Phosphorescent Nanospheres for Underwater Mechanical Sensing”为题发表在《ACS Nano》上，西安交通大学物理学院为唯一通讯单位，文章第一作者是西安交通大学物理学院博士生王昌兴，西安交通大学物理学院卢学刚教授、杨森教授为论文通讯作者。该项研究得到了国家重点研发计划项目，国家自然科学基金和陕西省自然科学基金的支持，也得到了西安交通大学大型仪器设备共享实验中心提供的相关表征和分析支持。
来源：西安交通大学
论文链接：
https://doi.org/10.1021/acsnano.5c00828
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