摘要：在17世纪的英国，一位名叫弗朗西斯·培根的哲学家，曾在昏暗的烛光下进行过一个看似儿戏的实验：他将一块硬糖置于黑暗中，用指甲轻轻刮擦，直至糖块碎裂。刹那间，细碎的火花如星辰般迸发，照亮了整个房间。这并非魔术，而是自然界的奇妙馈赠——机械发光（mechanolum

在17世纪的英国，一位名叫弗朗西斯·培根的哲学家，曾在昏暗的烛光下进行过一个看似儿戏的实验：他将一块硬糖置于黑暗中，用指甲轻轻刮擦，直至糖块碎裂。刹那间，细碎的火花如星辰般迸发，照亮了整个房间。这并非魔术，而是自然界的奇妙馈赠——机械发光（mechanoluminescence，简称ML），一种材料在遭受机械刺激如摩擦、挤压或弯折时，自发释放可见光的现象。培根的笔记中写道：“糖在黑暗中碎裂，便会绽放光芒。”这份朴素的惊奇，跨越四个世纪，如今正被科学家们转化为推动人类文明的引擎。

2025年10月28日，日本冲绳科学技术大学院大学（OIST）的协调化学与催化单元团队，在《化学科学》（Chemical Science）杂志上发表了一项突破性研究：他们成功在非晶体材料中诱发机械发光，摒弃了传统晶体结构的桎梏。这不仅仅是技术上的小步跨越，更是材料科学领域的一次范式转变。想象一下，未来你的智能手机屏幕无需外部电源，仅凭手指滑动即可自发辉光；工业机器在疲劳断裂前发出预警光芒；甚至，建筑物的墙体在地震中闪烁信号，指引救援。这样的愿景，正从实验室走向现实。

#### 机械发光的“晶体宿命”与隐秘机制

要理解这项研究的深远意义，首先需回溯机械发光的本质。早在古罗马时代，人们就观察到糖晶或冰块碎裂时会产生光辉，但直到20世纪中叶，科学家才逐步揭开其面纱。机械发光可分为两种主要类型：一种是摩擦发光（triboluminescence），源于材料表面摩擦产生的静电荷；另一种是更广义的ML，包括压电效应或电荷分离诱发的光子释放。传统ML材料多依赖于刚性晶体结构，例如碳酸盐晶体或某些有机络合物。这些晶体在机械应力下发生位错或断裂，释放储存的电子能量，激发荧光基团发光。

然而，这种“晶体依赖”如同一把双刃剑。一方面，它赋予了ML高亮度和可控性；另一方面，却埋下致命隐患。晶体结构高度有序，一旦遭受反复机械刺激，便会不可逆地碎裂，导致发光性能急剧衰减。更棘手的是，晶体的设计需精确调控分子堆积和晶格参数，这增加了合成难度和成本。OIST团队的首席研究员朱莉娅·胡斯努特迪诺娃（Julia Khusnutdinova）教授在采访中直言：“晶体ML的脆弱性，限制了其在柔性电子或可穿戴设备中的应用。我们需要一种更鲁棒的材料，能在无序状态下持久发光。”

OIST的研究聚焦于一类异配位铜络合物（heteroleptic copper complexes），这些化合物本以光致发光（photoluminescence）闻名，能在紫外或可见光照射下高效辐射。团队巧妙地将它们转化为薄膜形式——非晶体薄膜（amorphous films），厚度仅数百纳米，避免了晶化过程。通过接触-分离（contact-separation）实验，他们将两片涂有铜络合物的聚二甲基硅氧烷（PDMS）基底轻轻按压后分离，或施加摩擦刺激。结果令人振奋：薄膜表面绽放出柔和的蓝绿色光芒，亮度可达数千坎德拉每平方米（cd/m²），且经数百次循环后仍保持90%以上的初始强度。

背后的机理何在？传统观点认为，ML需晶体断裂产生局部高压电场（piezoelectric field），进而激发电子跃迁。但OIST团队通过有限元模拟和电化学测试，揭示了非晶体ML的新路径：机械刺激引发界面电荷转移（tribocharging），生成瞬态电场（强度约10⁵ V/m）。这一电场不仅激发络合物中的配体-金属电荷转移（LMCT）状态，还可轰击周围气体分子，产生等离子体辉光。更巧妙的是，他们在薄膜外层添加一层聚碳酸酯（polycarbonate）保护涂层，实现“非破坏性”ML——光信号在不损伤材料的情况下反复激发。这相当于为材料披上了一层“隐形盔甲”，让ML从实验室奇观转为工程可行方案。

这项工作的DOI为10.1039/D5SC05673J，发表于2025年最新一期《化学科学》。它不仅验证了非晶体ML的可行性，还为多模态响应材料铺平道路：未来，这些薄膜可集成温度、pH或磁场传感器，实现“多感官”发光。

#### 中国科研的“东方镜像”：从有机框架到自愈发光

OIST的突破并非孤岛。在全球材料科学版图上，中国研究者早已深耕ML领域，并以独特的东方视角注入创新活力。早在2020年，中国化学会旗下《有机化学》杂志就刊载了“力致发光现象及其应用研究进展”综述，系统梳理了从晶体到非晶体的演进路径。相比OIST的铜基络合物，中国团队更偏好有机聚合物和氢键框架，强调柔性和自愈性，以适应本土的柔性电子产业需求。

以厦门大学解荣军教授课题组为例，2024年4月，他们在无机-有机复合材料中实现了界面摩擦诱导的ML（发表于《先进材料》）。该工作聚焦于弹性模量差异驱动的接触分离效应：当复合薄膜（如硅基有机框架@无机磷酸盐）受力时，界面产生瞬态摩擦电场，激发稀土离子（Ce³⁺）的4f-5d跃迁，发光效率高达25 lm/W。相较OIST的非晶铜络合物，厦门团队的材料更注重耐久性——经1000次弯折后，发光衰减不足5%。这得益于中国在聚合物工程上的积累，如PDMS基复合物的优化，源于本土的柔性显示产业链。

再看中国科学院（CAS）新疆理化技术研究所的潘世烈研究员团队，他们在2024年《激光与光电子学进展》特辑中，探讨了深紫外非线性光学晶体向非晶ML的转型。潘团队开发出基于能量陷阱的多模式无机发光材料，能在机械、热或光刺激下切换模式。2023年的一项子项目中，他们报道了自愈ML聚合物（polyborosiloxane/PDMS双网络），室温下修复率达95%，发表于《科学中国：化学》。与OIST的“保护涂层”类似，但CAS更强调分子级自组装，利用氢键网络模拟生物膜结构，实现零损伤循环。

对比之下，OIST的优势在于简化合成——铜络合物室温溶液法制备，成本仅为晶体法的1/3。但中国研究在规模化和应用落地更胜一筹。例如，四川大学聚合物研究所的2025年工作（发表于《纳米研究》），将非晶有机发光剂（AIEgens）集成到咬合控制人机界面中：用户通过牙咬传感器薄膜，触发ML信号，实现无屏交互。这与华为和小米在可穿戴设备上的布局不谋而合，预计2026年将推向市场。

中国ML研究的“热点引擎”还源于国家战略。2025年“十四五”规划中，柔性电子被列为重点，投入超500亿元人民币。中科院上海硅酸盐研究所的团队，正与企业合作开发ML-based应力传感器，用于高铁轨道监测。相比国际，中国的优势在于全产业链闭环：从原料合成到原型验证，一条龙推进。OIST的发现，或将激发中日合作——想象一下，铜络合物与CAS的自愈网络结合，诞生全球首款“永辉”智能皮肤。

#### 科技热点的交汇：柔性电子与AI的“光影共舞”

当下，材料科学正与人工智能、量子计算等热点深度融合，非晶ML恰如一缕“光线”，串联起这些前沿。2025年，全球柔性电子市场规模已破2000亿美元（数据来源：MarketsandMarkets报告），其中ML传感器占比预计达15%。OIST的薄膜技术，可嵌入OLED显示屏，实现“自供能”界面：用户滑动时，摩擦能量转化为光信号，减少电池依赖。这与苹果的Vision Pro头显生态相呼应，后者正探索无接触交互。

在中国，热点更接地气。清华大学材料系的2025年项目，利用ML映射机器学习模型，预测材料相变路径，发表于《自然·材料》。他们将非晶ML与AI算法结合，训练神经网络识别电场模式，准确率达98%。这不仅加速了新材料发现，还为“双碳”目标助力：ML材料可用于风力叶片疲劳监测，减少碳排放。

另一个交汇点是生物医学。ML的非破坏性，让它成为理想的植入式传感器。OIST团队已初步验证，铜薄膜在生理条件下（37℃，pH 7.4）稳定发光，可监测心跳诱发的微应力。国内，广东工业大学与中科院的合作（2023年），开发出ML咬合传感器，用于老年痴呆诊断：患者咀嚼时，光信号反馈吞咽功能异常，精度优于传统EEG。

#### 普通人的“光影日常”与行业的“变革风暴”

对普通人而言，非晶ML如同一场悄然降临的“光之革命”。试想，早晨穿上智能T恤，弯腰系鞋带时，袖口微微辉光，提醒你姿势不佳，避免腰椎损伤；夜跑时，鞋底摩擦路面积尘，脚跟闪烁蓝光，提升夜间可见度，降低事故率20%（基于模拟数据）。在厨房，切菜刀柄嵌入ML薄膜，过度用力时发红光警报，守护指尖安全。更诗意的是，儿童玩具：扭动积木，房间如星河般璀璨，激发好奇心而不伤眼。

行业影响则如风暴般汹涌。工程领域，ML将重塑结构健康监测（SHM）。传统传感器需布线供电，成本高企；非晶ML自供电、无线，适用于桥梁、飞机翼梁。麦肯锡预测，到2030年，SHM市场将达1500亿美元，中国份额超30%。工业安全是另一战场：矿井中，岩石摩擦前ML预警，可将事故率降至0.1%以下。OIST的保护涂层设计，或直接应用于核反应堆密封件，监测微裂纹。

在显示与照明，ML开启“零能耗”时代。结合量子点，亮度可超传统LED 50%。中国企业如京东方，正测试ML柔性屏，用于折叠手机。环保角度，ML材料可回收率达95%，远高于晶体废弃物。更深层，ML与5G/6G融合，实现光-电-力三模通信：机械波转化为光信号，传输速率提升10倍。

当然，挑战犹存。当前，非晶ML的量子产率（quantum yield）仅30%，需优化配体设计。中国团队的自愈策略，或是解药：通过硼硅氧烷网络，修复电荷陷阱，提升寿命至10⁴小时。

#### 结语：光，从无序中诞生

从培根的糖块火花，到OIST的非晶辉光，机械发光见证了人类对自然的敬畏与征服。这项研究，不仅拆除了晶体的“牢笼”，更点亮了材料科学的无限可能。在中美欧日竞相布局的赛道上，中国以本土创新为锚，正书写东方篇章。未来，或许某天，你我皆可手握一缕“机械之光”，照见未知的征途。

作为科技观察者，我坚信：科学不是象牙塔的孤鸣，而是点亮万家的火炬。欢迎读者留言，分享你对ML的想象——它，将如何改变你的世界？

来源：智能学院