Mechanoluminescence and Photoluminescence Heterojunction for Superior Multimode Sensing Platform of Friction, Force, Pressure, and Temperature in Fibers and 3D‐Printed Polymers

材料科学 光致发光 光电子学 机械容积 发光 聚合物 多模光纤 光纤 异质结 纳米技术 复合材料 光学 物理
作者
Teng Zheng,Marcin Runowski,Inocencio Rafael Martin,Kevin Soler‐Carracedo,Liang Peng,Małgorzata Skwierczyńska,Małgorzata Sójka,Justyna Barzowska,Sebastian Mahlik,Hanoch Hemmerich,Fernando Rivera‐López,Piotr Kulpiński,Víctor Lavín,Daniel Alonso,Dengfeng Peng
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (40): e2304140-e2304140 被引量:187
标识
DOI:10.1002/adma.202304140
摘要

Abstract Endowing a single material with various types of luminescence, that is, exhibiting a simultaneous optical response to different stimuli, is vital in various fields. A photoluminescence (PL)‐ and mechanoluminescence (ML)‐based multifunctional sensing platform is built by combining heterojunctioned ZnS/CaZnOS:Mn 2+ mechano‐photonic materials using a 3D‐printing technique and fiber spinning. ML‐active particles are embedded in micrometer‐sized cellulose fibers for flexible optical devices capable of emitting light driven by mechanical force. Individually modified 3D‐printed hard units that exhibit intense ML in response to mechanical deformation, such as impact and friction, are also fabricated. Importantly, they also allow low‐pressure sensing up to ≈100 bar, a range previously inaccessible by any other optical sensing technique. Moreover, the developed optical manometer based on the PL of the materials demonstrates a superior high‐pressure sensitivity of ≈6.20 nm GPa −1 . Using this sensing platform, four modes of temperature detection can be achieved: excitation‐band spectral shifts, emission‐band spectral shifts, bandwidth broadening, and lifetime shortening. This work supports the possibility of mass production of ML‐active mechanical and optoelectronic parts integrated with scientific and industrial tools and apparatus.
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