AFM：高压发光最新AFM-结构无序化策略提升光学压力传感性能

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图 1 、 采用 Cr ³⁺ 掺杂无序结构进行高灵敏度光学测压。 (a) 从有序结构（CaMgSi ₂ O ₆ :Cr ³⁺ ）向无序结构（CaScAlSiO ₆ :Cr ³⁺ ）的转变, (b) 晶体场强度变化, (c) 发射光谱变化,(d) 灵敏度变化。

针对上述问题，研究团队提出了一种基于辉石结构发光材料“有序-无序”结构转变的创新策略（图1a）。研究通过在晶体结构中引入受控的无序结构，显著增加了Cr ³⁺ 离子周围晶场环境的多样性(图1b 1c)，使Cr ³⁺ 的压力灵敏度大幅提升至15.08 nm/GPa，约为传统有序结构的2.8倍，更比经典的红宝石传感器提升了41倍；同时工作压力范围达到7.5 GPa(图1d)。

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结构设计与无序转换

图 2、CaScAlSiO ₆ : Cr ³⁺ 的结构与光谱分析，展示从有序到无序结构的转变过程。 (a) CaScAlSiO ₆ :Cr ³⁺ 的STEM-HAADF图像，显示沿[001]晶面方向的原子排列。亮度梯度与原子序数（Z）相关，由于Ca/Sc原子Z值更高，其亮度高于Al/Si原子。(b) Ca和Sc元素的原子分辨EDS面分布图，表明它们在晶格中均匀且有序的分布。(c) Al和Si元素的原子分辨EDS面分布图，显示它们在晶格中随机重叠的分布特征，体现出结构的无序性。(d) 基于EDS线扫描的强度分布曲线，进一步证实Al和Si元素在等价晶格位置上的随机占位情况。(e) CaMg _1-x Sc _x Al _x Si _2-x O ₆ 系列的拉曼光谱，重点分析600–650 cm ^-1 范围（绿色区域）。有序结构表现为尖锐的特征峰，而无序结构则呈现明显的谱峰展宽现象。(f) 对590–695 cm ^-1 范围内拉曼光谱进行高斯拟合，揭示无序结构中Al–O–Al、Al–O–Si和Si–O–Si键共存的特征。(g) CaMg _1-x Sc _x Al _x Si _2-x O ₆ :0.01Cr ³⁺ 的光致发光激发（PLE）和发射（PL）光谱，展示该固溶体体系的发光特性与光谱位移规律。(h) 发射光谱的半高宽（FWHM）变化趋势，体现出结构无序化所导致的光谱展宽效应。(i) 由PLE光谱计算得到的晶体场强度（Dq/B）值，表明随结构无序化程度的增加，晶体场逐渐减弱。

为验证结构无序化策略对材料性能的影响，研究团队利用高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（STEM-HAADF）观察发现，Al和Si离子在晶格中呈随机分布，但Ca/Sc原子沿[001]晶面方向仍保持有序排列，这一结果通过原子尺度EDS元素分布和线扫描强度分析进一步得到了证实(图2 a-d)。拉曼光谱研究揭示，有序结构具有清晰的Si-O-Si振动峰（670 cm ^-1 ），而无序结构则在625 cm ^-1 、650 cm ^-1 和670 cm ^-1 出现了Si-O-Si、Al-O-Si和Al-O-Al键重叠的宽谱峰，证实了局域晶体场环境的显著变化(图2e 2f)。

进一步的光谱分析表明，结构无序化引起了Cr ³⁺ 离子晶场强度（Dq）显著降低，从而导致荧光发射峰红移并展宽（由780 nm拓展至950 nm，半峰宽从150 nm增加到205 nm），极大地提升了材料的压力传感性能(图2 g-i)。这些结果明确了结构无序化通过有效调控晶场环境，实现了更宽的压力响应范围和更高的探测灵敏度，为高性能压力传感材料的开发提供了重要科学依据。

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无序结构中的发光性能增强

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