Visible-to-Near-Infrared Mechanoluminescence in Bi-Activated Spinel Compounds for Multiple Information Anticounterfeiting

机械容积 材料科学 尖晶石 红外线的 荧光粉 光电子学 纳米技术 化学工程 光学 冶金 物理 工程类
作者
Zhicong Chen,Peishan Shao,Puxian Xiong,Yao Xiao,Bingjun Liu,Zhiduo Wang,Sheng Wu,Dongliang Jiang,Kang Chen,Jiulin Gan,Dongdan Chen,Zhongmin Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (27): 35279-35292 被引量:35
标识
DOI:10.1021/acsami.4c04499
摘要

Mechanoluminescence (ML) is the nonthermal luminescence generated in the process of force-to-light conversion, which has broad prospects in stress sensing, wearable devices, biomechanics, and multiple information anticounterfeiting. Multivalence emitter ions utilize their own self-reduction process to realize multiband ML without introducing another dopant, such as Eu 3+ /Eu 2+, Sm 3+ /Sm 2+, and Mn 4+ /Mn 2+ . However, self-reduction-induced ML in bismuth-activated materials has rarely been reported so far. In this work, a novel visible-to-near-infrared (vis–NIR) ML induced by the self-reduction of Bi 3+ to Bi 2+ in the spinel-type compound (MgGa 2 O 4 ) is reported. The photoluminescence (PL) spectra, PL excitation (PLE) spectra, and PL lifetime curves demonstrate that Bi 3+ /Bi 2+ ions are the main luminescence centers. Notably, the possible self-reduction model is proposed, where a magnesium vacancy (V Mg ″ ) is considered as the driving force for the self-reduction of Bi 3+ to Bi 2+ . Furthermore, an oxygen vacancy (V O •• ) is confirmed by electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. Combined with thermoluminescence (TL) glow curves and ML spectra, a plausible trap-controlled ML mechanism is illustrated, where electron–hole (V O •• /V Mg ″ ) pairs play a significant role in capturing electrons and holes. It is worth noting that the proof-of-concept dual-mode electronic signature application is implemented based on the flexible ML film, which improves the capabilities of signature anticounterfeiting for high-level security applications. Besides, multistimulus-responsive luminescence behaviors of the ML film are realized under the excitation of a 254 nm UV lamp, thermal disturbance, 980 nm laser, and mechanical stimuli. In general, this study provides new insights into designing vis–NIR ML materials toward wider application possibilities.
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