5d → 4f transition of a lanthanide-activated MGa2S4 (M = Ca, Sr) semiconductor for mechanical-to-light energy conversion mediated by structural distortion

镧系元素 材料科学 机械容积 半导体 光电子学 极化(电化学) 纳米技术 发光 化学 离子 物理化学 有机化学
作者
Xianhui Zhang,Dong Yang,Shaofan Wu,Xieming Xu,Ronghua Ma,Dengfeng Peng,Zhilin Wang,Shuai‐Hua Wang
出处
期刊:Dalton Transactions [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:51 (27): 10457-10465 被引量:6
标识
DOI:10.1039/d2dt00883a
摘要

Materials exhibiting mechanoluminescence (ML) are a class of smart materials capable of mechanical-to-light energy conversion. Thus, ML materials have been widely used in various electronic applications such as smart sensors, security systems, human-machine interfaces, and energy harvesting systems. Herein, we report a centrosymmetric ML semiconductor host material family MGa2S4 (M = Ca, Sr), which features in-layered structures constructed with unique distorted bi-tetrahedral [Ga2S2S4/2] lattice units. It exhibited similar structural characteristics to the well-known ML semiconductor host ZnS. Remarkably, the lanthanide ions of 5d → 4f transition-activated hosts showed sensitive and high ML luminance under natural lighting upon mechanical stimulation; thus, an efficient mechanical-to-light energy conversion of a self-powered display was achieved. Moreover, because of structural distortion and strain-gradient-induced electrical polarization in the ML host material upon mechanical stimulation, a ML mechanism based on the synergy effect between local electronic polarization and flexoelectricity was proposed. This study facilitates a deeper understanding of the relationship between the structure and underlying ML, and promotes further development of ML-material-based products and technologies.
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