力致发光复合柔性材料凭借其优异的弹性、良好的延展性以及无电路设计、无需光电激发源等优势，在可拉伸光电子、智能可穿戴器件和高端防伪等领域展现出广阔的应用前景。然而，传统的力致发光柔性材料存在亮度低、重复性差以及自恢复性能不足等问题，严重限制了其实际应用。

近日，兰州大学材料与能源学院张加驰教授团队与中国科学院兰州化物所王赵锋研究员团队合作，创新性地通过“异质结原位生长”策略，构建出一种在力学刺激下具有高亮度、高重复性和高自恢复性的新型力致发光复合柔性材料CaF₂/CaAl₁₂O₁₉(CA₆):Dy@PDMS。该研究主要通过在CA₆颗粒表面可控生长CaF₂晶体，构建出具有II型异质结构的CaF₂/CA₆:0.06Dy，其在PDMS柔性基质中展现出高亮度、高重复性与快速自恢复的力致发光。基于密度泛函理论计算（DFT）及实验研究，揭示了CaF₂/CA₆:0.06Dy@PDMS的力致发光物理机制以及异质界面处电荷流调控增强机理。该研究为力致发光柔性材料的结构设计提供了新的视角和见解，对于力致发光材料的发展及实际应用具有重要意义。

目前该研究成果以“Interfacial Charge Flow Modulation of CaF₂/CaAl₁₂O₁₉:Dy Heterojunctions for Enhanced Mechanoluminescence in Flexible Composites”为题发表于国际学术期刊Advanced Materials。兰州大学为论文第一单位，兰州大学博士研究生田碧蓉为论文第一作者，张加驰教授、王赵锋研究员和方绍帆助理研究员为论文共同通讯作者。

图1. CaF₂/CA₆:Dy异质结的结构分析

该研究将具有良好晶格匹配能力的两种稀土发光基质材料CaF₂与CA₆进行结合，形成了CaF₂/CA₆:Dy异质结复合材料。为了确认所合成的CaF₂/CA₆:Dy复合材料中是否存在异质界面，采用透射电子显微镜（TEM）和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）进行研究观察，发现跨界面的连续且弯曲的晶格条纹是异质结结构形成的有力证据。通过高分辨XPS光谱中Ca 2p、F 1s和Al 2p的结合能位移分析，可以确认在CaF₂与CA₆的界面处形成了F-Ca-O和F-Al-O键。因此，CaF₂/CA₆:Dy异质结是通过在CA₆表面外延生长CaF₂，并形成F-Al-O和F-Ca-O键而原位生成的。

图2. CaF₂/CA₆:0.06Dy@PDMS的力致发光机理

CaF₂/CA₆:0.06Dy中异质结结构的展示启发我们进一步研究其内在的物理机制。理论计算和实验研究结果表明，通过F-Al-O 和F-Ca-O构建的异质结界面能够有效地促进界面电荷从CA₆端流向CaF₂端，增强界面摩擦电作用并丰富陷阱结构，从而显著增强材料的力致发光性能。相比于单相材料，CaF₂/CA₆:0.06Dy@PDMS异质结基复合柔性材料可以实现超过10000次的可重复、自恢复力致发光。该研究工作表明，合理的异质结构设计可以有效地克服单相材料在柔性基质中力致发光的局限性，为开发高性能力致发光复合柔性材料提供了新的解决方案。

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202515048