Підпишіться на нас в Google
Науковці з Університету Тохоку у співпраці з Університетом Цукуби та Університетом Сага продемонстрували матеріал, який здатний перетворювати механічну енергію на світловий сигнал. Для активації достатньо легкого дотику, стискання або вібрації, пише Spider's Web.
Ключова особливість розробки – її простота та дешевизна. На відміну від багатьох аналогів, у матеріалі не використовуються рідкоземельні метали, які є дорогими та складними у видобутку. Основою став звичайний оксид цинку – сполука, що широко застосовується у косметиці, мазях та сонцезахисних кремах.
Явище, яке лежить в основі технології, називається механолюмінесценцією. Воно виникає, коли механічна дія – тиск, розтяг або удар – перетворюється безпосередньо на випромінювання світла. Тобто сам матеріал створює оптичний сигнал, а не просто відбиває світло.
У перспективі це може дозволити створювати датчики без батарей: наприклад, елементи мостів, будівель або турбін, які "світитимуться" у місцях надмірного навантаження. Це дало б змогу виявляти пошкодження ще до появи тріщин.
Також технологію розглядають для медицини: мініатюрні імпланти могли б реагувати на зовнішні вібрації, а їхній світловий сигнал зчитувався б спеціальними детекторами.
Як працює новий матеріал
Дослідники пояснюють, що одного оксиду цинку було недостатньо. У структуру додали невелику кількість натрію та точно контрольовані дефекти кристалічної решітки. У матеріалознавстві такі "дефекти" є не помилками, а інструментом для надання нових властивостей.
Електронна мікроскопія показала складну поверхню частинок, схожу на мікрократери, що допомагає перетворювати механічний тиск у внутрішні електричні процеси. Розрахунки на суперкомп’ютері показали, що сліди натрію стабілізують ці ефекти та дозволяють накопичувати заряд.
Особливу роль відіграють вакансії цинку – "порожні місця" в кристалі, які забезпечують випромінювання у ближньому інфрачервоному діапазоні. Саме тому світіння не видно неозброєним оком.
Світло, яке бачать лише камери
Хоча людське око не може побачити це випромінювання, воно добре фіксується сенсорами та камерами. Ближнє інфрачервоне світло також здатне проникати крізь біологічні тканини, що робить технологію перспективною для медицини та біовізуалізації.
У майбутньому такі матеріали можуть використовувати як покриття для інженерних конструкцій або як тонкі сенсорні шари, які сигналізуватимуть про навантаження чи пошкодження в реальному часі.
Науковці підкреслюють, що головний прорив полягає не лише у властивостях матеріалу, а й у його складі. Оксид цинку є дешевим, доступним і добре вивченим, що значно полегшує потенційне масштабування технології.
