深紫外（UV）力学发光（ML）材料因其发射波长较短，在明场可视化检测、盲固态成像和信息存储等领域具有广阔的应用前景。然而，目前对深紫外ML材料的研究主要集中于陷阱调控以抑制其重复利用。本文通过在具有石榴石结构的宽带隙Lu3Al2Ga3O12中构建Pr3+离子与Gd3+离子的6P7/2能级之间的4f-5d耦合，增强了Gd3+离子的深紫外ML。结果表明，Lu3Al2Ga3O12:Pr3+,Gd3+中的深紫外ML与陷阱无关，其自恢复特性源于聚二甲基硅氧烷与ML颗粒之间持续的三电荷转移。利用深紫外ML对致病性大肠杆菌进行的灭菌实验，凸显了深紫外ML材料在连续灭菌应用中的潜力^[1]。

本研究中，团队所使用的设备是海洋光学的QE pro

太阳光的成分尤为复杂，包括紫外（UV）-可见（Vis）-近红外（NIR）光。然而，经过臭氧层过滤后，仅有约5%的紫外光成分到达地球表面，如图1所示。紫外光在生活中也是不可或缺的，尤其是能量合适的光子，例如波长为200–320 nm的紫外光，已被用于杀灭腐败微生物。在高能射线照射下，材料内部的陷阱储存能量。一旦移除高能射线，材料中储存的能量逐渐释放到发光中心，随后返回基态，产生紫外LPL。主动激发导致材料在使用过程中反复充能和释放能量，不利于实际应用。因此，亟需发展被动激发的紫外LPL材料。

太阳光包含紫外、可见和近红外，但到达地表的紫外仅约5%。紫外光（尤其200–320 nm）可用于杀菌，而紫外发光材料在日盲成像、杀菌和信息存储方面需求增长。传统紫外光源（高压汞灯、UV LED）存在制造难或成本高的问题，紫外长余辉材料虽能储光发光，但需主动激发，使用不便，因此亟待开发被动激发的紫外长余辉材料。

本研究选择宽带隙基质Lu₃Al₂Ga₃O₁₂，通过理论计算和实验确认其带隙较宽（约5 eV），适合掺杂Pr³⁺和Gd³⁺离子以实现紫外发射。实验表明，单掺Gd³⁺时产生约314 nm的紫外发射，单掺Pr³⁺则产生280–430 nm的宽谱紫外发射，并且Pr³⁺可显著敏化Gd³⁺的发光，使紫外发射强度提高约3倍。吸收光谱也证实了Pr³⁺对Gd³⁺的有效能量传递。

为便于表征和分析Lu₃Al₂Ga₃O₁₂:Pr³⁺,Gd³⁺的力学发光（ML），将PDMS弹性体与该荧光粉在模具中复合（利用PDMS的高拉伸性和高透光性）。当弹性体受到拉伸、折叠、摩擦或撕裂等刺激时，可通过日盲相机观察到强烈的紫外ML（图2d）。通过对比ML和PL光谱（图2e），确认紫外发射均来自Gd³⁺的⁶P₇/₂→⁸S₇/₂特征跃迁，可见光发射来自Pr³⁺的ff跃迁。PL和ML的激发与能量传递过程不同，导致二者紫外–可见光发射强度比存在明显差异。该材料的紫外ML光谱与PL光谱一致，说明Gd³⁺在测试中始终作为发光中心。

拉伸诱导的ML强度随外力增大呈线性增加（图2f），表明该弹性体可用于应力传感。图2g显示在5 N连续拉伸–释放循环下，紫外ML强度在20次循环后明显衰减，初期快速衰减可能源于荧光粉与PDMS的分离。但放置一段时间后，紫外ML可快速恢复（图2h），每次拉伸释放间隔90 s，至少可恢复初始强度的90%，显示出良好的自恢复特性，也为特定场景应用提供了便利。

大肠杆菌（E. coli）是一种常见的革兰氏阴性杆菌，通常无害地定植于人类和温血动物的肠道中，是正常肠道菌群的重要成员，可合成维生素并抑制致病菌。它也可存在于受污染的水和土壤等外部环境中，常被用作评估食品和水源卫生状况的指示菌。

如图4a所示，将致病性大肠杆菌细胞置于无菌环境中，设置实验组和对照组，定义此时存活率为100%。实验组采用紫外ML薄膜通过连续拉伸进行照射，对照组不作任何其他处理。将紫外ML薄膜置于培养皿附近，对实验组分别连续照射0、20、40和60 min。该观察结果直接证明团队所制的紫外ML材料可用于灭菌。由于该紫外ML材料具有可重复使用特性，进一步凸显了其在连续杀菌应用中的巨大潜力。

基于应用理念，研究团队设想了日常生活中的常见场景（图4b）。冰箱内部长期使用后容易滋生细菌，电梯按钮经多人反复按压后也会残留大量细菌。将紫外ML材料制成薄膜，编织或涂覆在抹布上，在擦拭冰箱和电梯按钮时即可实现除菌效果。在摩擦过程中产生的紫外ML能有效杀灭细菌，从而使该应用成为可能。

本文合成了具有自恢复特性的深紫外ML材料Lu₃Al₂Ga₃O₁₂:Pr³⁺,Gd³⁺。通过能级匹配构建了Pr³⁺–Gd³⁺离子间的能量传递通道，实现了Gd³⁺离子紫外ML的增强。重复性测试证实该宽带隙深紫外ML具有自恢复性能。热释光曲线和摩擦电相关测试表明，Lu₃Al₂Ga₃O₁₂:Pr³⁺,Gd³⁺/PDMS的自恢复机制主要源于界面摩擦电效应。利用深紫外ML对大肠杆菌的灭菌实验，验证了其在连续灭菌过程中的应用可行性。本工作为开发深紫外ML材料及其灭菌应用探索提供了一种简单、可行且通用的策略。

参考文献

1. Liu Z, Lv X, Liang Y, Chen Q, Zhang P, Zhang D, et al. Self‐Recovery UV Mechanoluminescence Material from Garnet Structure and its Bactericidal Application. Advanced Functional Materials 2025; 36(32).

海洋光学QE Pro高性能光谱仪

QE Pro是一款多功能、高灵敏度光谱仪，适用于各类光谱检测和弱光信号应用。并在拥有高性能的同时体积小巧可手持使用，也便于集成在试验系统中。

采用背照式CCD探测器具有高量子效率和板载缓存功能，以确保在高速采集中的数据完整性。可选的内置快门可有效控制暗噪音，可更换狭缝便于客户适配不同的应用场景。QE Pro包含定制和预配置型号，可以根据实验需求进行进行参数定制以满足更多样性的分辨率与光谱范围需求。

预配置型号示例：

1.吸光度
2.荧光
3.通用紫外-可见分光光度计 （200-775 nm）
4.通用可见近红外 （350-925 nm）
5.扩展范围 （200-950 nm）
6.拉曼光谱（785nm激发）

产品特点

l 可更换狭缝光栅
l 2个指示灯显示光谱仪与热电冷却状态
l 10个用户可编程数字I/O引脚
l 4种触发模式
l SPI/I2C外设控制通信、USB 2.0全速传输
l RS232最高460k波特率非易失性存储

典型应用领域

l 血液和生物样品的吸光度
l 环境中的气溶胶
l 食品掺假
l 蛋白质荧光测量
l 需要高热稳定性和低杂散光的弱光应用
l 眼科材料监测