? ?想象這樣一個(gè)場(chǎng)景：當(dāng)你在黑暗之中，輕輕悠悠地，緩緩地咬碎一塊硬邦邦的糖時(shí)，那湛藍(lán)的光芒便會(huì)稍稍地，短暫地閃爍那么一下。
? ?這個(gè)現(xiàn)象，曾讓17世紀(jì)的哲學(xué)家培根驚嘆不已，卻也在三個(gè)多世紀(jì)的科學(xué)研究中，留下了深刻的刻板印象——人們篤信，只有完美的晶體結(jié)構(gòu)，才能在機(jī)械應(yīng)力下發(fā)光。
? ?不過(guò)最近一項(xiàng)發(fā)表在《化學(xué)科學(xué)》上的突破性研究，徹底推翻了這一觀念。
? ?來(lái)自沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在完全沒(méi)有晶體的非晶材料中實(shí)現(xiàn)了機(jī)械發(fā)光，這一發(fā)現(xiàn)不僅重新定義了材料科學(xué)的基本認(rèn)知，更為可穿戴傳感器、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域開啟了全新的想象空間。

從糖晶火花到學(xué)術(shù)教條的三百年
? ?機(jī)械發(fā)光，其學(xué)名“力致發(fā)光”，是指這樣一種現(xiàn)象：材料在受到諸如受壓，以及摩擦或者彎曲等機(jī)械應(yīng)力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生光。
? ?長(zhǎng)期以來(lái)，這種現(xiàn)象被完全與晶體結(jié)構(gòu)掛鉤，科學(xué)家們認(rèn)為，晶體內(nèi)規(guī)則有序的原子排列，是發(fā)光的必要前提——當(dāng)晶體受壓時(shí)，有序結(jié)構(gòu)，會(huì)產(chǎn)生微觀缺陷，激發(fā)發(fā)光中心，釋放光子。
? ?這一理論框架，在數(shù)十年間，占據(jù)了研究的主導(dǎo)地位，甚至還指導(dǎo)了應(yīng)力傳感器的開發(fā)方向。
? ?但問(wèn)題在于，晶體材料在實(shí)際應(yīng)用中，存在著明顯的缺陷。它們很輕易地就會(huì)碎裂，制備成本較為高昂，在復(fù)雜的環(huán)境里，性能會(huì)有明顯的波動(dòng)，這嚴(yán)重地阻礙了機(jī)械發(fā)光技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。對(duì)于那些需要具備柔性、耐用性的可穿戴設(shè)備來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的晶體材料，顯得有些力不從心。能否突破“非晶體就無(wú)法發(fā)光”的魔咒呢？

雙重突破：理論與實(shí)驗(yàn)的顛覆
? ?冊(cè)緒團(tuán)隊(duì)的研究從兩個(gè)方面發(fā)起挑戰(zhàn)，首先他們?cè)O(shè)計(jì)了非晶態(tài)有機(jī)材料，通過(guò)引入特殊的發(fā)光分子，在沒(méi)有長(zhǎng)程有序的結(jié)構(gòu)中構(gòu)建了能夠響應(yīng)機(jī)械應(yīng)力的發(fā)光通道。
? ?其次他們用系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了一個(gè)顛覆性結(jié)論：晶體斷裂根本不是發(fā)光的唯一途徑。
? ?在特定分子設(shè)計(jì)條件下，非晶材料中的局域化能態(tài)與外界應(yīng)力的耦合足以產(chǎn)生可觀的光輸出。
? ?當(dāng)你按壓，以及拉扯或是摩擦這些柔軟的非晶薄膜之際，它們便會(huì)穩(wěn)定地發(fā)出光芒，并且光的持續(xù)時(shí)間與晶體相比更為長(zhǎng)久，重復(fù)性也更加優(yōu)良。

看不見(jiàn)的電場(chǎng)舞蹈
? ?光是怎樣產(chǎn)生的呢？答案隱匿于一個(gè)難以察覺(jué)的電場(chǎng)世界里。當(dāng)非晶薄膜遭受到機(jī)械方面的刺激之時(shí)，由摩擦以及接觸所生成的靜電荷，在局部區(qū)域形成了極為強(qiáng)大的電場(chǎng)，這種電場(chǎng)足夠激發(fā)薄膜之中的發(fā)光分子。被激發(fā)的分子釋放出能量，把激發(fā)傳遞給周邊的氣體分子，最終造就了可見(jiàn)光。和晶體“因損傷而光”有著天壤之別，這乃是“因電而亮”的全新模式。
? ?研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用分子對(duì)接，以及能帶理論等先進(jìn)工具來(lái)進(jìn)行材料設(shè)計(jì)，以此確保非晶體系，既能擁有穩(wěn)定的發(fā)光活性位點(diǎn)，又能夠?qū)ν饨缌?chǎng)做出敏感響應(yīng)。這不僅提升了材料設(shè)計(jì)的靈活性，還極大地降低了對(duì)高質(zhì)量晶體合成的依賴。

權(quán)威聲音與應(yīng)用前景
? ?學(xué)術(shù)界對(duì)這一突破的評(píng)價(jià)，普遍較為積極。材料物理學(xué)家指出，機(jī)械發(fā)光的本質(zhì)，源于能態(tài)密度、局域耦合以及應(yīng)力場(chǎng)的綜合作用，并非僅僅因?yàn)榫w的特殊性。這為開發(fā)新型的、柔性的、可穿戴的光電傳感器，提供了強(qiáng)有力的理論支持。
? ?從產(chǎn)業(yè)角度來(lái)看，非晶材料優(yōu)勢(shì)較為突出，它具有更加優(yōu)良的可加工性，更強(qiáng)的適配性以及更為突出的成本優(yōu)勢(shì)。未來(lái)其有望在生物醫(yī)學(xué)傳感、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)以及智能涂層等諸多領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的應(yīng)用，市場(chǎng)潛力非常顯著。這項(xiàng)研究還為跨學(xué)科協(xié)作樹立了典范，化學(xué)設(shè)計(jì)、物理表征與器件集成的協(xié)同工作，乃是推動(dòng)新材料產(chǎn)業(yè)化的重要因素。

現(xiàn)實(shí)的挑戰(zhàn)
? ?從學(xué)術(shù)發(fā)現(xiàn)到商業(yè)化這一過(guò)程中，仍需跨越諸多障礙。首先非晶材料的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，以及它的耐久性，都需要進(jìn)行驗(yàn)證，尤其要驗(yàn)證在極端條件下的表現(xiàn)。其次發(fā)光強(qiáng)度與響應(yīng)速度，需要加以優(yōu)化并達(dá)成平衡。再次統(tǒng)一的表征體系，以及標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試方法，極為重要。最后實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、低成本的制備，是商業(yè)化的關(guān)鍵瓶頸所在。
? ?這個(gè)突破重新定義了科學(xué)的可能性邊界，三個(gè)多世紀(jì)來(lái)，人類誤認(rèn)為只有完美的有序才能產(chǎn)生光。今天我們明白即使在看似混亂的非晶材料中，也隱藏著光的奧秘。
? ?若未來(lái)研究，進(jìn)一步深化機(jī)制理解，優(yōu)化設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)與柔性電子的集成，相關(guān)傳感器的靈敏度、穩(wěn)定性以及成本優(yōu)勢(shì)，都將飛躍式提升。
? ?從培根的糖晶火花到?jīng)_繩團(tuán)隊(duì)的柔性薄膜，人類對(duì)機(jī)械發(fā)光的理解完成了一個(gè)優(yōu)美的轉(zhuǎn)身——這不僅是材料科學(xué)的進(jìn)步，更是向智能材料新時(shí)代邁進(jìn)的明證。
? ?聲明：本文的內(nèi)容90%以上為自己的原創(chuàng)，少量素材借助AI幫助。但是，本文所有內(nèi)容都經(jīng)過(guò)自己嚴(yán)格審核。圖片素材全部都是來(lái)源真實(shí)素材簡(jiǎn)單加工。所寫文章宗旨為：專注科技熱點(diǎn)的解讀，用簡(jiǎn)單的語(yǔ)言拆解復(fù)雜的問(wèn)題，無(wú)低俗等不良的引導(dǎo)，望讀者知悉。