近日，中國計量大學(xué)光電學(xué)院和深圳大學(xué)物理與光電工程學(xué)院、香港理工大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)系開展合作，在智能光電材料與傳感技術(shù)領(lǐng)域取得重要進展。
智能材料是一種能感知外部刺激，并且能夠做出響應(yīng)的新型功能材料，是支撐人工智能技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。特別是，智能發(fā)光材料在外部刺激下發(fā)光會發(fā)生改變，比如溫度、濕度、應(yīng)力、pH、電場或磁場、光照或化學(xué)物質(zhì)等。這種光信號變化對于諸如光電傳感，生物檢測，信息防偽，數(shù)據(jù)存儲等應(yīng)用至關(guān)重要。
光電傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的一種器件。其工作原理基于光電效應(yīng)。光電效應(yīng)是指光照射在某些物質(zhì)上時，物質(zhì)的電子吸收光子的能量而發(fā)生了相應(yīng)的電效應(yīng)現(xiàn)象。根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的不同將光電效應(yīng)分為三類：外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)及光生伏特效應(yīng)。光電器件有光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光電池等。分析了光電器件的性能、特性曲線。
生物監(jiān)測包括水、土壤和大氣污染三大部分，生物監(jiān)測就是定期而系統(tǒng)地利用生物對環(huán)境的反應(yīng)信息來確定包括水、氣和土壤環(huán)境在內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量，它意味著對一個或多個環(huán)境參數(shù)進行定期或連續(xù)評價，從而探明環(huán)境的污染情況。生態(tài)系統(tǒng)是生物監(jiān)測的理論基礎(chǔ)，它具有維持一定地區(qū)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的固有特性。環(huán)境污染必然影響生態(tài)系統(tǒng)固有結(jié)構(gòu)和功能的變化，生物監(jiān)測可以反映這種環(huán)境污染的生態(tài)效應(yīng),為環(huán)境控制與管理提供生物能動的反應(yīng)信息。
其中，智能應(yīng)力發(fā)光材料與普通發(fā)光材料具有顯著不同，通過力的激勵能夠直接發(fā)光，是一類智能和清潔的發(fā)光材料。由于無需光照和通電，智能應(yīng)力發(fā)光材料在清潔光源和可視化動態(tài)應(yīng)力無源探測方面具有獨特的優(yōu)勢。
針對高效能量轉(zhuǎn)換智能光學(xué)傳感材料的發(fā)展需求，中國計量大學(xué)光電材料與器件研究院設(shè)計開發(fā)了一系列激活離子摻雜的四元壓電半導(dǎo)體材料?；诰w場與激活離子能級之間的耦合機制，將兩種發(fā)光離子同時引入壓電功能基質(zhì)，構(gòu)建受激電子躍遷的多路復(fù)用，成功合成了高效的多模發(fā)光材料。系統(tǒng)地研究了新型智能發(fā)光材料的光學(xué)性能，實現(xiàn)了紫外線輻射，近紅外激光激發(fā)和應(yīng)力激勵的同時響應(yīng)，并展現(xiàn)出不同的光學(xué)特性和優(yōu)異的復(fù)現(xiàn)性。
光學(xué)傳感器是一種傳感器，是依據(jù)光學(xué)原理進行測量的，它有許多優(yōu)點，如非接觸和非破壞性測量、幾乎不受干擾、高速傳輸以及可遙測、遙控等。
主要包括一般光學(xué)計量儀器、激光干涉式、光柵、編碼器以及光纖式等光學(xué)傳感器及儀器。在設(shè)計上主要用來檢測目標(biāo)物是否出現(xiàn)，或者進行各種工業(yè)、汽車、電子產(chǎn)品和零售自動化的運動檢測。
該類智能發(fā)光材料在應(yīng)力的作用下極為敏感，無需光照和通電，約5N的手指按壓力作用下，發(fā)光便能達到肉眼可見的亮度。這種機械力與發(fā)光之間的直接能量轉(zhuǎn)換，在清潔光源和可視化動態(tài)應(yīng)力無源探測、建筑物結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測、機械部件的受力應(yīng)變分析、信息防偽、機器人等諸多領(lǐng)域具有獨特的應(yīng)用前景。另外，基于近紅外光激發(fā)上轉(zhuǎn)換發(fā)光實現(xiàn)了高靈敏度的溫度檢測。團隊研究表明，所開發(fā)智能發(fā)光材料在先進光學(xué)傳感檢測中具有潛在應(yīng)用價值，對于光電子器件的功能化和集成化具有重要意義。
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