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晶体材料摩擦发光行为与调控方法研究

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摩擦发射的应用及机理研究受到广泛关注，摩擦发光作为摩擦能量耗散的重要途径之一，其机理研究涉及物理、材料学、摩擦学等多个方面，中间过程复杂且难以测量，目前仍然没有完全解释清楚。因此寻找影响摩擦发光的关键因素，从宏观和微观多个层面探索和补充摩擦发光机理，对于摩擦发光的应用及控制至关重要。自主研制摩擦发光实时测量实验系统，研究了晶体材料的晶面取向对摩擦发光的影响，发现三氧化二铝与二氧化硅晶体材料之间存在摩擦发光现象。通过改变三氧化二铝的晶面取向，发光增强了十倍以上，表面能态以及费米能级随着晶面取向的变化是其主要影响因素。利用摩擦发光现象估算三氧化二铝不同晶面与二氧化硅发射光子的激发温度结果表明，发光强度越大的晶面，其光子激发温度越高。同时，二氧化硅的结构从晶态到非晶态的转变，导致其与三氧化二铝的摩擦发光从蓝紫色变为橙红色，同时光的来源从气体电离变为材料自身缺陷。同时，通过测量多种材料与二氧化硅的摩擦发光现象，发现当固体材料的相对介电常数小于11.7，非压电材料的带隙大于5.5 eV，压电材料的带隙大于3.6 eV时，易引起来自于气体电离的发光现象。通过摩擦二氧化硅和金属材料，发现作为部分地震光的近红外光的发射现象。二氧化碳气氛可以使二氧化硅与钇稳定氧化锆摩擦发射的近红光强度增加大约300倍，与氧化锆表面的摩擦化学反应有关。二氧化硅与钛、铁、铬、钼、铝、硅摩擦可以发射近红外光，这一现象源于摩擦过程中二氧化硅表层掺杂相互摩擦材料导致的二氧化硅微观结构变化，进而引起E'缺陷中心和正空穴电子对的形成，通过电子跃迁发射近红外光。