中國(guó)“領(lǐng)跑”發(fā)光材料科學(xué)路上追夢(mèng)人
——記武漢大學(xué)量子物質(zhì)能量轉(zhuǎn)換協(xié)同創(chuàng)新中心高級(jí)研究員涂東

文/肖延勝

涂東研究員（前排左三）課題組成員

生活中，發(fā)光材料在各行各業(yè)的應(yīng)用已十分廣泛，比如捕捉建筑工程中的薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)入人體追蹤癌細(xì)胞。

彈性應(yīng)力發(fā)光材料是諸多發(fā)光材料中的一種。隨著人們對(duì)新型彈性應(yīng)力發(fā)光材料的開(kāi)發(fā)，以及應(yīng)力發(fā)光效率的提高和對(duì)于檢測(cè)技術(shù)靈敏度的研發(fā)，用應(yīng)力發(fā)光材料來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)力破壞檢測(cè)和應(yīng)力分布的可視化近年受到人們的廣泛關(guān)注。

涂東研究員及其團(tuán)隊(duì)這些年一直奮戰(zhàn)在應(yīng)力發(fā)光科學(xué)技術(shù)研究前沿，在新型無(wú)閾值應(yīng)力發(fā)光材料開(kāi)發(fā)、應(yīng)力發(fā)光和應(yīng)力消光的多模式轉(zhuǎn)換，以及無(wú)損應(yīng)力檢測(cè)實(shí)用化等領(lǐng)域中取得了重要進(jìn)展。

開(kāi)拓于應(yīng)力發(fā)光研究前沿

涂東于1986年3月出生在湖北武漢，2004年考入中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）材料科學(xué)與工程專業(yè)，畢業(yè)后繼續(xù)在該校讀碩士研究生，研究方向?yàn)閹r石礦物材料學(xué)；2011年得到公派留學(xué)機(jī)會(huì)赴日本九州大學(xué)深造，獲得物質(zhì)理工學(xué)科博士學(xué)位；2015年加入日本國(guó)立產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所，先后擔(dān)任特別研究員、JSPS研究員；2017年回國(guó)，現(xiàn)任武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院量子物質(zhì)能量轉(zhuǎn)換協(xié)同創(chuàng)新中心高級(jí)研究員。

多年來(lái)，他主要致力于新型應(yīng)力發(fā)光材料開(kāi)發(fā)、應(yīng)力發(fā)光機(jī)理分析，以及應(yīng)力發(fā)光技術(shù)的社會(huì)實(shí)用化研究。

許多固體材料，當(dāng)對(duì)其施加機(jī)械應(yīng)力的時(shí)候會(huì)發(fā)光，這種現(xiàn)象就是應(yīng)力發(fā)光，這種在機(jī)械應(yīng)力作用下發(fā)光的材料稱為應(yīng)力發(fā)光材料。其中，彈性應(yīng)力發(fā)光材料因其在一定彈性形變范圍內(nèi)時(shí)，其發(fā)光強(qiáng)度與應(yīng)力的大小成正比，且可重復(fù)性強(qiáng)，具備極大的應(yīng)用前景。作為一種智能的應(yīng)力傳感材料，它在人工皮膚、智能蒙皮、自診斷系統(tǒng)、復(fù)雜傳感器和執(zhí)行器系統(tǒng)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域具有很大的實(shí)用前景。

在“頂天立地”中創(chuàng)新不輟

科學(xué)研究需要“頂天立地”。搞科研，涂東既注重前沿基礎(chǔ)研究，又注重結(jié)合現(xiàn)實(shí)需要推動(dòng)應(yīng)用研究。

在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）的7年時(shí)間里，他成功合成了一種白色發(fā)光熒光粉材料，確認(rèn)了其中的能量傳遞現(xiàn)象，獲得了高顯色指數(shù)的優(yōu)質(zhì)白色發(fā)光材料。另外，他制備了一種新型紅色發(fā)光熒光粉材料，并確認(rèn)了該材料的發(fā)光機(jī)制，為白光LED用熒光粉的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)提供了一種新的備選材料。

2011—2015年在日本九州大學(xué)期間，涂東首次發(fā)現(xiàn)了應(yīng)力消光現(xiàn)象，開(kāi)發(fā)出一種新型長(zhǎng)余輝發(fā)光材料，發(fā)現(xiàn)了該材料受力之后的光淬滅現(xiàn)象，并對(duì)其加以利用實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力分布可視化。此外，通過(guò)改變放置時(shí)間以及摻雜濃度，在新材料中實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力消光和應(yīng)力發(fā)光現(xiàn)象的轉(zhuǎn)化，并深入分析了晶格中的陷阱分布對(duì)此種轉(zhuǎn)化現(xiàn)象的影響，最終提出了相應(yīng)的物理模型。

日本國(guó)立產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所總部位于東京，是日本最大的研究機(jī)構(gòu)之一，其有關(guān)彈性應(yīng)力發(fā)光材料的研究走在了世界的前列。

涂東于2015年進(jìn)入該所后，首先在應(yīng)力分布可視化方面著力，全面實(shí)現(xiàn)了受壓容器、配管、基礎(chǔ)設(shè)施等相關(guān)的應(yīng)力分布可視化，還將應(yīng)力分布可視化技術(shù)在高速公路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施上加以應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)設(shè)施損傷及破壞現(xiàn)象的提前預(yù)知，并成功開(kāi)發(fā)了粒子型、薄膜型和涂料型等多種類型的應(yīng)力發(fā)光傳感器。

他的創(chuàng)新性成果還包括：

—開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)新型應(yīng)力控制型光學(xué)開(kāi)關(guān)。通過(guò)結(jié)合應(yīng)力發(fā)光技術(shù)和應(yīng)力消光技術(shù)，利用已開(kāi)發(fā)的半導(dǎo)體材料，開(kāi)發(fā)出以應(yīng)力發(fā)光信號(hào)為on、以應(yīng)力消光信號(hào)為off的新型應(yīng)力控制型光學(xué)開(kāi)關(guān)，并分析了此類開(kāi)關(guān)的應(yīng)力傳感性能。

—深入分析了應(yīng)力消光現(xiàn)象的機(jī)理。采用同步輻射及理論計(jì)算分析方法，了解了機(jī)械力引起發(fā)光淬滅的機(jī)理。應(yīng)力消光現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)知有利于提升和控制半導(dǎo)體發(fā)光材料的發(fā)光效率，并拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。

—在多功能壓電材料LiNbO3中發(fā)現(xiàn)應(yīng)力發(fā)光特性。利用非化學(xué)計(jì)量比調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力發(fā)光特性顯著增長(zhǎng)，并且首次發(fā)現(xiàn)此種材料的低應(yīng)力區(qū)間高感度特性，使得此種材料在單細(xì)胞顯像及高精度檢測(cè)中具備了巨大的應(yīng)用潛力。

與應(yīng)力發(fā)光科學(xué)結(jié)緣以來(lái)，涂東曾主持國(guó)家自然科學(xué)基金、日本學(xué)術(shù)振興會(huì)科學(xué)研究費(fèi)資助的多個(gè)研究課題，共申請(qǐng)和獲授權(quán)國(guó)內(nèi)外專利7項(xiàng)，榮獲日本陶瓷協(xié)會(huì)頒發(fā)的學(xué)術(shù)圖片大獎(jiǎng)等多個(gè)科研獎(jiǎng)項(xiàng)，并多次受邀參與高水平行業(yè)會(huì)議，在基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化方面都取得了傲人的成績(jī)。

帶著使命和夢(mèng)想“重新起航”

這是一條走向未來(lái)的路，一片充滿無(wú)限可能性的新天地。

近些年來(lái)，對(duì)彈性應(yīng)力發(fā)光材料的研究已經(jīng)成為一門前沿學(xué)科。中國(guó)科學(xué)家的類似研究基本是跟著國(guó)外跑，引領(lǐng)性研究較少。

在科技元素在經(jīng)濟(jì)生活中日益受到重視的今天，中國(guó)迎來(lái)了“科學(xué)技術(shù)爆發(fā)的節(jié)點(diǎn)”。科技進(jìn)步的背后是無(wú)數(shù)科學(xué)家的耕耘。在科技創(chuàng)新的好時(shí)代，涂東對(duì)中國(guó)發(fā)光材料行業(yè)的未來(lái)充滿期待。

回國(guó)后，涂東將繼續(xù)在之前的研究領(lǐng)域“努力奔跑”，創(chuàng)新不輟，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研合作，積極探索于發(fā)光材料和光學(xué)工程的學(xué)術(shù)前沿，兼顧基礎(chǔ)和實(shí)用研究，開(kāi)展新型發(fā)光材料尤其是應(yīng)力發(fā)光材料的開(kāi)發(fā)和研究工作，通過(guò)探索材料的缺陷結(jié)構(gòu)及其缺陷分布來(lái)提高發(fā)光效能，解決現(xiàn)有半導(dǎo)體發(fā)光技術(shù)的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，同時(shí)將繼續(xù)深入探討和挖掘相關(guān)物理原理。最后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的實(shí)驗(yàn)室積累和建設(shè)，將本課題組建成高精度的應(yīng)力發(fā)光表征系統(tǒng)，并集結(jié)更多的團(tuán)隊(duì)成員，再結(jié)合武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的基礎(chǔ)物理和計(jì)算物理的前期優(yōu)勢(shì)，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)攻克一些具有難度和挑戰(zhàn)性的科研課題，同時(shí)更深入地推動(dòng)應(yīng)力發(fā)光技術(shù)的實(shí)用化研究。

“武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的應(yīng)力發(fā)光研究尚處于起步階段，創(chuàng)業(yè)時(shí)期還有很多開(kāi)創(chuàng)性的工作等著我們?nèi)プ觥Ｎ覀兿Ｍ苋〉酶嗟膶＠夹g(shù)，協(xié)助武漢大學(xué)爭(zhēng)取國(guó)家級(jí)重大項(xiàng)目，助力應(yīng)力發(fā)光技術(shù)的宣傳和推廣應(yīng)用……”涂東說(shuō)。

助力中國(guó)發(fā)光材料科學(xué)“彎道超車”，通過(guò)新材料的開(kāi)發(fā)改變?nèi)藗兊纳睿@是涂東心中的夢(mèng)。他是這條路上諸多“努力奔跑”的“追夢(mèng)人”之一。