出品：科普中国

作者：王赵锋（中国科学院兰州化学物理研究所）

监制：中国科普博览

当我们搓动双手的时候，双手会感受到温暖，当我们用塑料梳子梳头的时候，头发不仅会因静电飞起来，有时候还会噼里啪啦打到手，这些是我们生活中常见摩擦产生的效果。但是，我们有没有观察过糖块在黑暗中被砸碎、胶带在黑暗中因撕裂而瞬间发出的蓝色闪光呢？

薄荷糖被压碎时的发光

(图片来源：参考文献[1])

这种物体在机械外力（如摩擦、刮划、撞击、压缩、研磨等）作用下产生的发光现象被称为摩擦/力致发光。事实上，早在400多年前，这种由外力刺激所引起的发光现象就已被人类观察到，并记录在相关专著里。但由于人们起初对摩擦/力致发光的认识非常有限，以及实验条件不足，摩擦/力致发光的研究过程极其缓慢，以至于不能为大家熟知。

这是一个美国印第安部落中对摩擦/力致发光的简单应用，半透明的牛皮袋拨浪鼓中装了水晶碎块，摇晃拨浪鼓，水晶碎块因碰撞而发光，但这种发光并不持久因此一直并未得到广泛应用。

（图片来源：wikipedia）

近几十年，摩擦/力致发光研究得到了突飞猛进的发展，尤其是摩擦/力致发光材料能够将所施加的不可见的力学信息与肉眼可见的发光信号直接关联起来，其在绿色照明、力学显示和传感、智能穿戴、结构健康监测、智能皮肤和防伪等领域展现出了巨大的应用前景，为突破无线、非接触、分布式力学显示和传感技术提供了创新、有效的解决方案。

摩擦/力致发光为社会进步带来便利的同时，人们对它的性能也提出了更高的要求。通常，摩擦/力致发光是一种瞬态的发光行为，也就是说，只有在我们触碰材料的瞬间才能产生摩擦/力致发光。但毫无疑问，这种瞬态的发光行为具有极大的局限性，人们无法实现持续的照明和显示功能，这也正是摩擦/力致发光长期发展缓慢的原因之一。

摩擦/力致发光只有一瞬间，不持久

（图片来源：wikipedia）

长寿命摩擦/力致发光，也就是在机械力学刺激后能够展现出持续发光的一种现象，是解决摩擦/力致发光瞬态发光问题的有效途径。研究人员通过在材料中引入一种叫做“陷阱”的结构，它就好比是可以储存能量的罐子，只要提前把这些能量罐充满，在机械力的作用下，让这些预先储存的能量缓慢地释放出来，就可以产生持久的摩擦/力致发光。但这类长寿命的发光材料在每次使用前都要进行一定时间的预充能处理（5-20分钟），给实际的操作增加了很大的难度。那么，有没有一种不需要预充能就能够展现出长寿命摩擦/力致发光的材料呢？

最近，中国科学院兰州化学物理研究所研究人员创新性地研制出了一种自充能、长寿命摩擦/力致发光材料。这种材料在使用前不需要任何预处理，在机械力的驱动下，可直接将机械能储存在材料内部，储存的能量会缓慢释放，从而展示出长寿命的摩擦/力致发光效果。

只要“拍”一下材料，它就可以亮十几秒。

（图片来源：参考文献[2]）

这种自充能、长寿命的摩擦/力致发光材料是一种弹性体性状，研究人员在制备它的时候只需要使用不同的模具，就可以让它变成各种各样的形状，具备丰富多彩的图案。它之所以不再需要预充能，是因为材料内部“储能罐”的“阀门”得到了改进。研究人员在材料上所施加的机械能可直接向“储能罐”里充能，随后这些能量缓慢释放出来，就会产生长寿命的摩擦/力致发光。因此，这种材料不再需要预充能这个步骤，随时随地给材料施加一次力，它就可以持续亮一段时间。未来，人们可以继续改进材料的“储能罐”结构，那样的话，给材料一点力，它就可以亮几个小时或者更久。届时，人类照明和显示不再需要消耗电能，而是利用自然界中广泛存在的风能、潮汐能等清洁能源，以及人体运动、机器运转等人类生活生产所伴随的机械能就可实现，既做到节能减排，又保证了人类的生活幸福指数。

除了在新一代照明和显示方面的应用之外，研究人员在自充能、长寿命摩擦/力致发光的物理过程启发下，还进一步实现了机械力学信息的长期、稳定存储以及随时随地读取。例如，在生活中，当仪器设备或汽车等交通工具发生碰撞时，我们就可从材料中读出碰撞的强度、位置、时间等信息，从而为分析仪器故障、设备定损、事故定责等提供科学的判断依据。

参考文献：

[1] Monette Z, Kasar A K, Menezes P L. Advances intriboluminescence and mechanoluminescence[J]. Journal of Materials Science:Materials in Electronics, 2019, 30(22): 19675-19690.

[2] Bai Y, Guo X, Tian B, Liang Y, Peng D, Wang Z.Self-Charging Persistent Mechanoluminescence with Mechanics Storage andVisualization Activities[J]. Advanced Science, 2022, 2203249.

来源: 中国科普博览

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