中国“领跑”发光材料科学路上追梦人——记武汉大学量子物质能量转换协同创新中心高级研究员涂东

文/肖延胜

涂东研究员（前排左三）课题组成员

生活中，发光材料在各行各业的应用已十分广泛，比如捕捉建筑工程中的薄弱环节，进入人体追踪癌细胞。

弹性应力发光材料是诸多发光材料中的一种。随着人们对新型弹性应力发光材料的开发，以及应力发光效率的提高和对于检测技术灵敏度的研发，用应力发光材料来实现应力破坏检测和应力分布的可视化近年受到人们的广泛关注。

涂东研究员及其团队这些年一直奋战在应力发光科学技术研究前沿，在新型无阈值应力发光材料开发、应力发光和应力消光的多模式转换，以及无损应力检测实用化等领域中取得了重要进展。

开拓于应力发光研究前沿

涂东于1986年3月出生在湖北武汉，2004年考入中国地质大学（武汉）材料科学与工程专业，毕业后继续在该校读硕士研究生，研究方向为岩石矿物材料学；2011年得到公派留学机会赴日本九州大学深造，获得物质理工学科博士学位；2015年加入日本国立产业技术综合研究所，先后担任特别研究员、JSPS研究员；2017年回国，现任武汉大学物理科学与技术学院量子物质能量转换协同创新中心高级研究员。

多年来，他主要致力于新型应力发光材料开发、应力发光机理分析，以及应力发光技术的社会实用化研究。

许多固体材料，当对其施加机械应力的时候会发光，这种现象就是应力发光，这种在机械应力作用下发光的材料称为应力发光材料。其中，弹性应力发光材料因其在一定弹性形变范围内时，其发光强度与应力的大小成正比，且可重复性强，具备极大的应用前景。作为一种智能的应力传感材料，它在人工皮肤、智能蒙皮、自诊断系统、复杂传感器和执行器系统等众多应用领域具有很大的实用前景。

在“顶天立地”中创新不辍

科学研究需要“顶天立地”。搞科研，涂东既注重前沿基础研究，又注重结合现实需要推动应用研究。

在中国地质大学（武汉）的7年时间里，他成功合成了一种白色发光荧光粉材料，确认了其中的能量传递现象，获得了高显色指数的优质白色发光材料。另外，他制备了一种新型红色发光荧光粉材料，并确认了该材料的发光机制，为白光LED用荧光粉的进一步开发提供了一种新的备选材料。

2011—2015年在日本九州大学期间，涂东首次发现了应力消光现象，开发出一种新型长余辉发光材料，发现了该材料受力之后的光淬灭现象，并对其加以利用实现了应力分布可视化。此外，通过改变放置时间以及掺杂浓度，在新材料中实现了应力消光和应力发光现象的转化，并深入分析了晶格中的陷阱分布对此种转化现象的影响，最终提出了相应的物理模型。

日本国立产业技术综合研究所总部位于东京，是日本最大的研究机构之一，其有关弹性应力发光材料的研究走在了世界的前列。

涂东于2015年进入该所后，首先在应力分布可视化方面着力，全面实现了受压容器、配管、基础设施等相关的应力分布可视化，还将应力分布可视化技术在高速公路、桥梁等基础设施上加以应用，实现了基础设施损伤及破坏现象的提前预知，并成功开发了粒子型、薄膜型和涂料型等多种类型的应力发光传感器。

他的创新性成果还包括：

—开发和设计新型应力控制型光学开关。通过结合应力发光技术和应力消光技术，利用已开发的半导体材料，开发出以应力发光信号为on、以应力消光信号为off的新型应力控制型光学开关，并分析了此类开关的应力传感性能。

—深入分析了应力消光现象的机理。采用同步辐射及理论计算分析方法，了解了机械力引起发光淬灭的机理。应力消光现象的发现和认知有利于提升和控制半导体发光材料的发光效率，并拓宽其应用领域。

—在多功能压电材料LiNbO3中发现应力发光特性。利用非化学计量比调节实现了应力发光特性显著增长，并且首次发现此种材料的低应力区间高感度特性，使得此种材料在单细胞显像及高精度检测中具备了巨大的应用潜力。

与应力发光科学结缘以来，涂东曾主持国家自然科学基金、日本学术振兴会科学研究费资助的多个研究课题，共申请和获授权国内外专利7项，荣获日本陶瓷协会颁发的学术图片大奖等多个科研奖项，并多次受邀参与高水平行业会议，在基础研究和产业化方面都取得了傲人的成绩。

带着使命和梦想“重新起航”

这是一条走向未来的路，一片充满无限可能性的新天地。

近些年来，对弹性应力发光材料的研究已经成为一门前沿学科。中国科学家的类似研究基本是跟着国外跑，引领性研究较少。

在科技元素在经济生活中日益受到重视的今天，中国迎来了“科学技术爆发的节点”。科技进步的背后是无数科学家的耕耘。在科技创新的好时代，涂东对中国发光材料行业的未来充满期待。

回国后，涂东将继续在之前的研究领域“努力奔跑”，创新不辍，通过产学研合作，积极探索于发光材料和光学工程的学术前沿，兼顾基础和实用研究，开展新型发光材料尤其是应力发光材料的开发和研究工作，通过探索材料的缺陷结构及其缺陷分布来提高发光效能，解决现有半导体发光技术的关键科学问题，同时将继续深入探讨和挖掘相关物理原理。最后，经过一段时间的实验室积累和建设，将本课题组建成高精度的应力发光表征系统，并集结更多的团队成员，再结合武汉大学物理科学与技术学院的基础物理和计算物理的前期优势，带领团队攻克一些具有难度和挑战性的科研课题，同时更深入地推动应力发光技术的实用化研究。

“武汉大学物理科学与技术学院的应力发光研究尚处于起步阶段，创业时期还有很多开创性的工作等着我们去做。我们希望能取得更多的专利技术，协助武汉大学争取国家级重大项目，助力应力发光技术的宣传和推广应用……”涂东说。

助力中国发光材料科学“弯道超车”，通过新材料的开发改变人们的生活，这是涂东心中的梦。他是这条路上诸多“努力奔跑”的“追梦人”之一。