应用案例：辰昶SEK制冷型光纤光谱仪在力致发光（ML）材料性能表征检测方案
一、应用背景
力致发光（Mechanoluminescence，ML）材料可在挤压、拉伸、摩擦、冲击等机械外力刺激下直接将机械能转化为可见光，广泛用于结构健康监测、柔性可穿戴传感、光学防伪、生物力学成像、智能人机交互等前沿领域。
力致发光检测长期存在三大行业痛点：
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发光信号极微弱：多数无机/有机复合ML材料受力发光强度低，常规非制冷光谱仪噪声基底高，有效光谱信号被噪声淹没；
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发光瞬态性极强：机械刺激下发光持续时间仅微秒至毫秒级，需要设备支持高速触发、长曝光采集同步；
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系统集成难度大：需与万能材料试验机、冲击落锤、摩擦测试台联动，传统台式光谱仪体积笨重，无法原位对接力学加载平台。
学院长期开展ZnS:Cu、镧系掺杂氧化物、有机AIE力致发光薄膜研发，原设备信噪比不足、弱光识别能力差，无法精准区分不同应力梯度下的发光峰位、强度衰减规律，难以支撑材料掺杂改性、薄膜复合工艺迭代。上海辰昶仪器为其定制SEK制冷型光纤光谱仪全套原位力致发光检测系统，完整解决瞬态弱光捕获、力学设备联动、高精度光谱定量分析需求。
二、核心检测设备：辰昶SEK科研级制冷光纤光谱仪
SEK是辰昶自研拉曼级高灵敏制冷光谱仪，专为荧光、力致发光、拉曼等极弱光场景设计，匹配ML材料检测核心需求：
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芯片级深度热电制冷：探测器降温低于环境40℃，大幅降低暗电流噪声，信噪比高达1000:1，动态范围10000:1，可捕捉nW级微弱瞬态发光；
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低杂散光光学平台：交叉式Czerny-Turner光路，杂散光＜0.08%，精准分辨多掺杂离子多发射峰，避免峰位偏移、强度失真；
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高速多模式外触发：支持电平/边沿硬件同步触发，最短积分时间10μs，完美匹配冲击、拉伸瞬间毫秒级发光采集；
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微型化集成结构：整机紧凑型设计，搭配石英接收光纤、三维位移调节支架，可直接固定在万能试验机、落锤冲击装置侧面，实现力学加载-光谱采集原位同步；
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全波段定制化配置：本次方案选用200–900nm宽光谱光栅，狭缝10μm，兼顾紫外、可见光、近红外力致发光材料全覆盖；配套辰昶ChNetDriver开发软件，实时输出光谱曲线、峰值波长、积分光强、CIE色坐标数据。
三、整套检测系统搭建
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图1：单一网络体系(a)与高密度双网络体系(b)的力致发光示意图 |
1. 系统组成
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主机：辰昶SEK制冷型光纤光谱仪
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光学采集单元：600μm高透石英接收光纤、光纤微调支架、遮光暗箱（隔绝环境杂光干扰）
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力学加载设备：万能材料试验机、落锤冲击测试台、往复摩擦模组
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同步控制：SEK硬件外触发信号线，试验机载荷信号同步触发光谱采集
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数据终端：辰昶专用光谱分析软件，同步记录应力-应变曲线与发光光谱
2. 测试流程
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将ZnS基复合薄膜、粉体样品固定在力学测试工装，封闭遮光暗室消除环境光干扰；
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光纤探头对准样品受力发光区域，三维支架微调距离，最大化收集ML光信号；
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建立试验机与SEK硬件触发联动：当设备产生拉伸/冲击载荷瞬间，自动触发光谱仪高速采集；
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设置梯度力学载荷（50N–2000N），连续采集不同应力下瞬态力致发光全光谱；
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软件自动导出峰位、发光积分强度、半高宽、色坐标，建立“应力大小-发光性能”对应关系。
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图2：不同刚性粒子添加量对ZnS:Cu复合弹性体力致发光强度的影响 |
四、检测成果与客户价值
（一）测试数据突破原有设备局限
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弱光信号完整捕获：针对低亮度有机力致发光晶体，SEK制冷降噪后可清晰识别420nm、530nm、610nm多发射峰，非制冷设备仅能识别主峰，次要发光信号完全丢失；
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瞬态发光精准记录：落锤瞬时冲击（1ms发光）场景下，硬件同步触发无信号延迟，完整捕捉发光强度上升、衰减全过程，可定量计算发光响应时间；
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应力定量关联：通过梯度载荷测试，精准得到发光强度随应力线性变化区间，为柔性应力传感薄膜灵敏度标定提供可靠光谱数据；
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工艺优化数据支撑：对比不同稀土掺杂比例、薄膜厚度样品的ML光谱，快速筛选最优材料配方，大幅缩短新材料研发周期。
（二）客户落地收益
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设备一体化集成，无需改造实验室空间，光纤式原位检测，无需取出样品中断力学加载；
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国产制冷光谱仪大幅降低科研采购成本，配套完整原厂技术培训、光路调试、二次开发技术支持；
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输出标准化光谱原始数据，满足SCI期刊、材料性能专利发表数据规范；
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系统兼容无机粉体、柔性薄膜、块状陶瓷、单颗粒微区等全类型力致发光样品，一套设备覆盖实验室全部ML研究方向。
五、SEK在力致发光领域通用应用场景
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无机掺杂力致发光粉体：ZnS、铝酸锶、镓酸盐等应力发光材料光谱标定、发光效率测试；
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柔性复合传感薄膜：PDMS/聚氨酯基底ML薄膜拉伸、弯曲疲劳发光稳定性检测；
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冲击/摩擦发光机理研究：落锤冲击、往复摩擦、划痕刺激下瞬态发光动力学分析；
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微裂纹可视化监测材料：混凝土、金属涂层内置ML示踪材料微应力光谱表征；
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近红外生物力致发光材料：生物组织穿透型ML材料弱近红外发光高精度采集；
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工业在线应力监测模组配套：SEK可嵌入产线，实时检测应力发光器件出厂光学一致性。
六、辰昶配套一站式服务
上海辰昶仪器设备有限公司可根据客户实验需求提供完整定制方案：
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按需定制光栅、狭缝、波长范围（190–1100nm可选）；
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配套接收光纤、三维调节架、遮光暗箱、同步触发控制模块全套光学配件；
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提供软件二次开发SDK，对接实验室自有力学测试上位机；
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上门光路调试、样品实测演示、操作人员专项培训；
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长期仪器校准、维护、技术迭代升级支持。
