智能光电材料与传感技术领域取得进展

　　近日，中国计量大学光电学院和深圳大学物理与光电工程学院、香港理工大学应用物理学系开展合作，在智能光电材料与传感技术领域取得重要进展。

　　智能材料是一种能感知外部刺激，并且能够做出响应的新型功能材料，是支撑人工智能技术发展的重要基础。特别是，智能发光材料在外部刺激下发光会发生改变，比如温度、湿度、应力、pH、电场或磁场、光照或化学物质等。这种光信号变化对于诸如光电传感，生物检测，信息防伪，数据存储等应用至关重要。

　　光电传感器是将光信号转换为电信号的一种器件。其工作原理基于光电效应。光电效应是指光照射在某些物质上时，物质的电子吸收光子的能量而发生了相应的电效应现象。根据光电效应现象的不同将光电效应分为三类：外光电效应、内光电效应及光生伏特效应。光电器件有光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等。分析了光电器件的性能、特性曲线。

　　生物监测包括水、土壤和大气污染三大部分，生物监测就是定期而系统地利用生物对环境的反应信息来确定包括水、气和土壤环境在内的环境质量，它意味着对一个或多个环境参数进行定期或连续评价，从而探明环境的污染情况。生态系统是生物监测的理论基础，它具有维持一定地区的系统结构和功能的固有特性。环境污染必然影响生态系统固有结构和功能的变化，生物监测可以反映这种环境污染的生态效应,为环境控制与管理提供生物能动的反应信息。

　　其中，智能应力发光材料与普通发光材料具有显著不同，通过力的激励能够直接发光，是一类智能和清洁的发光材料。由于无需光照和通电，智能应力发光材料在清洁光源和可视化动态应力无源探测方面具有独特的优势。

　　针对高效能量转换智能光学传感材料的发展需求，中国计量大学光电材料与器件研究院设计开发了一系列激活离子掺杂的四元压电半导体材料。基于晶体场与激活离子能级之间的耦合机制，将两种发光离子同时引入压电功能基质，构建受激电子跃迁的多路复用，成功合成了高效的多模发光材料。系统地研究了新型智能发光材料的光学性能，实现了紫外线辐射，近红外激光激发和应力激励的同时响应，并展现出不同的光学特性和优异的复现性。

　　光学传感器是一种传感器，是依据光学原理进行测量的，它有许多优点，如非接触和非破坏性测量、几乎不受干扰、高速传输以及可遥测、遥控等。

　　主要包括一般光学计量仪器、激光干涉式、光栅、编码器以及光纤式等光学传感器及仪器。在设计上主要用来检测目标物是否出现，或者进行各种工业、汽车、电子产品和零售自动化的运动检测。

　　该类智能发光材料在应力的作用下极为敏感，无需光照和通电，约5N的手指按压力作用下，发光便能达到肉眼可见的亮度。这种机械力与发光之间的直接能量转换，在清洁光源和可视化动态应力无源探测、建筑物结构安全监测、机械部件的受力应变分析、信息防伪、机器人等诸多领域具有独特的应用前景。另外，基于近红外光激发上转换发光实现了高灵敏度的温度检测。团队研究表明，所开发智能发光材料在先进光学传感检测中具有潜在应用价值，对于光电子器件的功能化和集成化具有重要意义。