Японські вчені створили матеріал, який світиться від дотику та вібрацій

Японські науковці представили інноваційний матеріал, який здатний випромінювати світло під впливом механічної дії. Для активації достатньо легкого натискання, вібрації або деформації поверхні.

Розробка належить дослідникам з Tohoku University, які працювали спільно з науковцями з University of Tsukuba та Saga University. Новий матеріал здатний перетворювати механічну енергію безпосередньо на світловий сигнал, відкриваючи широкі можливості для створення сенсорних систем нового покоління.

Однією з головних переваг технології є її доступність. На відміну від багатьох сучасних матеріалів, у складі не використовуються дорогі рідкісноземельні елементи. Основою став звичайний оксид цинку — добре відома сполука, яка вже давно застосовується у косметиці, лікувальних мазях та сонцезахисних засобах.

Як працює технологія

В основі розробки лежить явище механолюмінесценції — процес, під час якого механічний вплив перетворюється на світлове випромінювання. Іншими словами, матеріал не відбиває світло, а самостійно його генерує у відповідь на тиск або удар.

Втім, звичайного оксиду цинку для цього виявилося недостатньо. Дослідники додали до його структури невелику кількість натрію та створили контрольовані дефекти кристалічної решітки. У матеріалознавстві такі дефекти часто використовуються для надання речовинам нових функціональних властивостей.

Дослідження за допомогою електронної мікроскопії показали, що поверхня частинок має складну структуру з численними заглибленнями, які нагадують мікрократери. Саме вони допомагають ефективніше перетворювати механічний тиск на внутрішні електричні процеси.

Крім того, моделювання на суперкомп’ютері продемонструвало, що атоми натрію стабілізують накопичення заряду та підсилюють ефект світіння.

Чому світіння не видно людині

Особливу роль у роботі матеріалу відіграють так звані вакансії цинку — місця в кристалічній структурі, де відсутні окремі атоми. Саме вони забезпечують випромінювання у ближньому інфрачервоному діапазоні.

Через це людське око не здатне побачити світіння напряму. Водночас його легко реєструють сучасні камери та спеціалізовані сенсори.

Ще однією перевагою є те, що ближнє інфрачервоне випромінювання добре проходить крізь біологічні тканини, що робить технологію перспективною для медичних застосувань.

Де можна буде використовувати новий матеріал

У майбутньому матеріал може стати основою для автономних датчиків, які не потребуватимуть батарейок або зовнішнього живлення.

Наприклад, його можна використовувати для покриття мостів, будівель, турбін та інших інженерних споруд. У місцях надмірного навантаження матеріал подаватиме світловий сигнал, дозволяючи виявляти потенційні пошкодження ще до появи видимих тріщин.

Не менш перспективним напрямком є медицина. Дослідники розглядають можливість створення мініатюрних імплантів, які реагуватимуть на зовнішні вібрації та передаватимуть інформацію через світлові сигнали, що зчитуватимуться спеціальними датчиками.

На думку науковців, головна перевага розробки полягає не лише в її унікальних властивостях, а й у використанні дешевого та добре вивченого оксиду цинку. Це значно спрощує майбутнє промислове виробництво та відкриває шлях до широкого впровадження технології в різних сферах.