Японські дослідники створили матеріал, який починає випромінювати світло під тиском, вібрацією або навіть легким дотиком. Розробка може стати основою для сенсорів без батарей і медичних імплантів нового покоління.
Про це пише Spider’s Web.
Науковці з Університету Тохоку разом із колегами з Університету Цукуби та Університету Сага показали новий матеріал, здатний напряму перетворювати механічний вплив на світловий сигнал. Для запуску процесу вистачає натискання, стискання або вібрації.
Основою розробки став оксид цинку. Це доступна й дешева сполука, яку давно використовують у косметиці, лікувальних мазях та сонцезахисних засобах.
Головна відмінність цього матеріалу від аналогів — у складі немає рідкоземельних металів. Саме це суттєво знижує вартість і спрощує виробництво.
В основі роботи лежить механолюмінесценція. Це явище, коли механічний вплив — удар, розтягування або тиск — одразу запускає випромінювання світла без додаткового джерела енергії.
У перспективі технологію можуть використати для створення автономних датчиків. Наприклад, у мостах, будівлях чи турбінах такі покриття могли б підсвічувати місця критичного навантаження ще до появи тріщин.
Окремо вчені розглядають медичний напрямок. Йдеться про мініатюрні імпланти, які реагуватимуть на зовнішню вібрацію, а сигнал зчитуватимуть спеціальні детектори.
Для запуску ефекту одного оксиду цинку виявилося замало. Дослідники додали невелику кількість натрію та спеціально створені дефекти в кристалічній структурі.
Електронна мікроскопія показала, що поверхня частинок нагадує мікрократери. Саме така структура допомагає переводити механічний тиск у внутрішні електричні процеси.
Розрахунки на суперкомп’ютері підтвердили, що натрій стабілізує ці ефекти й дозволяє накопичувати заряд.
Окрему роль відіграють вакансії цинку — порожні ділянки у кристалі, які створюють випромінювання в ближньому інфрачервоному спектрі. Саме через це світіння неможливо побачити без спеціальної техніки.
Водночас камери й сенсори добре фіксують цей сигнал. Ближнє інфрачервоне випромінювання також проходить крізь біологічні тканини, що відкриває шлях до використання технології в медицині та біовізуалізації.
У майбутньому такі матеріали можуть наносити на інженерні конструкції або використовувати як тонкі сенсорні шари, які показуватимуть перевантаження чи пошкодження в режимі реального часу.