无需通电、无需化学反应，单纯依靠按压摩擦、声波震动、温度变化，材料就能自主发光。这个曾经只存在于科幻场景的画面，正随着新型功能材料的突破，逐步走进现实。

近期，锰离子掺杂氮化铝（Mn-doped AlN / AlN:Mn²⁺） 重磅研究刊发于顶刊《Science Advances》，由波兰格但斯克大学牵头的国际联合团队完成。该材料实现机械能、声能、热能向光能的高效多模态转化，一举突破传统力致发光材料的性能瓶颈，为柔性电子、智能传感、生物成像等前沿领域开辟全新赛道。

一、不止电光、荧光！解锁全新的“力致发光”机制

日常生活中，我们熟知的发光现象分两类：一类是电致发光，电能驱动发光，如LED、电子屏幕；另一类是化学发光，依靠化学反应释能，典型代表为萤火虫、荧光棒。

本次研究核心的力致发光是独特物理发光机制：材料无需外接电源，仅受挤压、拉伸、摩擦、撞击等机械外力，内部晶格发生细微形变即可释放光亮。

长久以来，力致发光材料存在转化效率低、发光微弱、刺激阈值高等短板，难以落地。而AlN:Mn²⁺通过精准离子掺杂与晶格调控，大幅提升多源能量转化效率，稳定输出肉眼可见的橙光，还兼具长余辉特性，极大拓宽实用边界。

二、精妙材料设计：氮化铝基底+锰离子发光核心

这款多功能发光材料的优异性能，来自基质与掺杂离子的协同设计，二者分工明确、相辅相成。

1. 基质：氮化铝（AlN）

氮化铝是高性能宽禁带半导体，兼具超高导热系数、出色机械强度与化学稳定性，常作为电子器件散热基材。它能提供稳定晶格环境，耐受形变、温差、高频声波冲击，适配多场景极端工况，是理想的发光载体。

2. 发光中心：二价锰离子（Mn²⁺）

锰离子置换晶格内铝原子后，会引入可控晶格缺陷与电子陷阱，搭建能量存储、释放通道。

无外界刺激时，电子被晶格陷阱捕获储存；当材料受压、震动、升温，晶格电场与能级结构改变，被困电子释放，跃迁到锰离子激发态，回落基态时多余能量以光子形式释放，产生明亮橙黄色发光。

三、硬核创新：一机响应力/声/热三类能量

区别于传统发光材料单一刺激响应，该材料最大亮点是多模态能量捕获转化，同时感知机械、声波、热能三类环境能量，覆盖多元应用场景。

• 机械能响应（基础核心）

摩擦、撞击、弯折、拉伸均可稳定发光，直接将人体运动、结构形变转化为光信号，实现完全自驱动，不用电池供电。

• 声能/超声波响应（突破性成果）

声波本质是空气机械振动，超声波可远距离、无接触触发发光。这项成果首次实现声波可视化，能捕捉微弱声场振动，用于无损检测、超声生物成像。

• 热能响应（热释发光）

依托热释发光机理，环境温差、轻微热辐射均可触发光信号。无外力、无声波时，仅凭温度变化就能工作，实现全天候、全环境传感。

同时材料兼具优秀耐温、耐腐蚀特性，反复刺激后发光性能无明显衰减，耐用性远超同类力致发光材料。

四、全领域落地前景，重塑智能传感与电子行业

依托自供电、多刺激响应、柔性复合适配、无辐射的优势，该材料拥有颠覆性应用价值：

1. 智能穿戴与柔性电子

制备柔性发光薄膜，依靠行走摩擦、肢体摆动发光，打造无电池智能手环、发光服饰，轻量化、低功耗。

2. 工程结构健康监测

涂层覆盖桥梁、高层建筑、飞机机翼等关键构件，结构产生微裂纹、应力过载时自动发光预警，实现可视化无损检测，降低运维风险。

3. 生物医学诊断成像

制成纳米发光探针，利用体外超声波（声能）激发深层组织发光成像，规避X光辐射，提升软组织检测安全性与清晰度。

4. 人机交互与电子皮肤

开发压力、温度双感知柔性传感面板，光信号反馈触觉、冷热变化，赋予机器人高精度触觉感知；也可用于触控交互、压力防伪标识。

5. 声场可视化与无损探伤

无接触式可视化声波分布，用于工业零部件超声探伤、室内声场分布检测、水下振动监测。

结语

从单一电致发光，到力、声、热多源能量自主发光，AlN:Mn²⁺的研究突破，代表功能材料多功能、高转化、自驱动的核心发展方向。

随着制备工艺简化、生产成本下降，这类能感知环境能量、自主发光的智能材料，将全面渗透工业、医疗、消费电子、基建监测领域，让“万物有感、万物发光”从实验室走向大众生活。

参考文献

[1]Barzowska, J., S. S. Haider, [6 additional authors], and S. Mahlik. Turning sound and force into light with AlN:Mn²⁺ mechanoluminescence. Sci. Adv. 12, aed5469 (2026). https://doi.org/10.1126/sciadv.aed5469

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aed5469

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