Pr3+掺杂钙钛矿氧化物(NaTaO3)的超灵敏力致发光实现三维微应变可视化传感

研究人员开发出新型Pr3+掺杂钙钛矿氧化物(NaTaO3:Pr3+)复合弹性薄膜，其力致发光(ML)响应灵敏度达到0.01%形变检测限，较LiTaO3:Tb3+提升5倍。该材料通过缺陷与局域压电场相互作用机制，在三维模型上实现微应变(<0.4%)分布可视化，为多维微尺度应变传感提供创新解决方案。

　　

这项突破性研究揭示了镨离子(Pr³⁺)掺杂钽酸钠(NaTaO₃)钙钛矿材料的超凡特性——当材料受到微米级压缩或拉伸应变时，会产生肉眼可见的力致发光(mechanoluminescence, ML)现象。其奥秘在于材料中特殊的晶体结构：Pr³⁺离子在晶格中形成两种配位多面体(Pr_NaO₉和Pr_TaO₆)，这些结构单元周围的局部压电场与缺陷相互作用，就像微型的"应变探针"般精准响应0.01%的微小形变。

研究团队将这种发光材料制成柔性薄膜，包裹在3D打印模型表面进行测试。令人惊叹的是，当模型发生小于0.4%的微变形时，发光图案与应变分布完全吻合，就像给物体装上了会"说话"的应变感应皮肤。相比传统的电阻式或电容式传感器，这种光学传感方式不仅能实时显示应变大小，还能直观呈现复杂三维结构的应力集中区域，为航空航天精密部件、生物植入物等领域的微损伤预警开辟了新途径。