A ZnS/CaZnOS Heterojunction for Efficient Mechanical‐to‐Optical Energy Conversion by Conduction Band Offset

机械容积 材料科学 异质结 光电子学 发光 能量转换 机械能 兴奋剂 密度泛函理论 激发 带隙 带偏移量 纳米技术 价带 电气工程 计算化学 化学 功率(物理) 工程类 物理 热力学 量子力学
作者
Dengfeng Peng,Yue Jiang,Bolong Huang,Yangyang Du,Jianxiong Zhao,Xin Zhang,Ronghua Ma,Sergii Golovynskyi,Bing Chen,Feng Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (16) 被引量:163
标识
DOI:10.1002/adma.201907747
摘要

Actively collecting the mechanical energy by efficient conversion to other forms of energy such as light opens a new possibility of energy-saving, which is of pivotal significance for supplying potential solutions for the present energy crisis. Such energy conversion has shown promising applications in modern sensors, actuators, and energy harvesting. However, the implementation of such technologies is being hindered because most luminescent materials show weak and non-recoverable emissions under mechanical excitation. Herein, a new class of heterojunctioned ZnS/CaZnOS piezophotonic systems is presented, which displays highly reproducible mechanoluminescence (ML) with an unprecedented intensity of over two times higher than that of the widely used commercial ZnS (the state-of-the-art ML material). Density functional theory calculations reveal that the high-performance ML originates from efficient charge transfer and recombination through offset of the valence and conduction bands in the heterojunction interface region. By controlling the ZnS-to-CaZnOS ratio in conjunction with manganese (Mn2+ ) and lanthanide (Ln3+ ) doping, tunable ML across the full spectrum is activated by a small mechanical stimulus of 1 N (10 kPa). The findings demonstrate a novel strategy for constructing efficient ML materials by leveraging interface effects and ultimately promoting practical applications for ML.
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