Японские ученые создали материал, светящийся от прикосновения и вибраций

Японские ученые представили инновационный материал, способный излучать свет под влиянием механического действия. Для активации достаточно легкого нажатия, вибрации или деформации поверхности.

Разработка принадлежит исследователям из Tohoku University, работавшим совместно с учеными из University of Tsukuba и Saga University. Новый материал способен преобразовывать механическую энергию непосредственно в световой сигнал, открывая широкие возможности для создания сенсорных систем нового поколения.

Одним из главных преимуществ технологии является ее доступность. В отличие от многих современных материалов, в составе не используются дорогостоящие редкоземельные элементы. Основой стал обычный оксид цинка — хорошо известное соединение, уже давно применяемое в косметике, лечебных мазях и солнцезащитных средствах.

Как работает технология

В основе разработки лежит явление механолюминесценции – процесс, во время которого механическое воздействие превращается в световое излучение. Другими словами, материал не отражает свет, а самостоятельно его генерирует в ответ на давление или удар.

Впрочем, обычного оксида цинка для этого оказалось недостаточно. Исследователи добавили в его структуру небольшое количество натрия и создали контролируемые дефекты кристаллической решетки. В материаловедении такие дефекты часто используются для придания веществам новых функциональных свойств.

Исследования с помощью электронной микроскопии показали, что поверхность частиц имеет сложную структуру с многочисленными углублениями, напоминающими микрократеры. Именно они помогают более эффективно превращать механическое давление в внутренние электрические процессы.

Кроме того, моделирование на суперкомпьютере показало, что атомы натрия стабилизируют накопление заряда и усиливают эффект свечения.

Почему свечение не видно человеку

Особую роль в работе материала играют так называемые вакансии цинка – места в кристаллической структуре, где отсутствуют отдельные атомы. Именно они обеспечивают излучение в ближнем инфракрасном диапазоне.

Поэтому человеческий глаз не способен увидеть свечение напрямую. В то же время, его легко регистрируют современные камеры и специализированные сенсоры.

Еще одним преимуществом является то, что ближнее инфракрасное излучение хорошо проходит через биологические ткани, что делает технологию перспективной для медицинских применений.

Где можно будет использовать новый материал

В будущем материал может стать основой для автономных датчиков, не требующих батареек или внешнего питания.

К примеру, его можно использовать для покрытия мостов, зданий, турбин и других инженерных сооружений. В местах излишней нагрузки материал будет подавать световой сигнал, позволяя выявлять потенциальные повреждения еще до появления видимых трещин.

Не менее перспективным направлением является медицина. Исследователи рассматривают возможность создания миниатюрных имплантов, которые будут реагировать на внешние вибрации и передавать информацию через световые сигналы, считываемые специальными датчиками.

По мнению ученых, главное преимущество разработки заключается не только в ее уникальных свойствах, но и использовании дешевого и хорошо изученного оксида цинка. Это значительно упрощает будущее промышленное производство и открывает путь к широкому внедрению технологии в разных областях.