Японская исследовательская группа разработала безредкоземельный механолюминесцентный материал на основе оксида цинка

Репортаж от Wedoany，Исследовательская группа из Университета Тохоку совместно с Университетом Цукубы и Университетом Саги разработала материал на основе оксида цинка (ZnO), который демонстрирует высокую интенсивность и чувствительность механолюминесценции без использования редкоземельных элементов. Механолюминесцентные материалы способны напрямую преобразовывать механическую энергию, такую как напряжение, деформация и вибрация, в свет, не требуя батарей или проводов, и представляют собой самопитающиеся датчики, перспективные для применения в биомедицинских сенсорах и мониторинге инфраструктуры. Однако ранее высокопроизводительные механолюминесцентные материалы обычно зависели от дорогих редкоземельных металлов или сложного состава.

Новый материал использует оксид цинка — вещество, широко распространенное на Земле и уже применяемое в солнцезащитных кремах, косметике и мазях, сочетающее высокую чувствительность с низкой стоимостью.

Добавив небольшое количество натрия в оксид цинка и точно контролируя структурные дефекты материала, исследователи впервые доказали, что оксид цинка может демонстрировать сильные и высокочувствительные механолюминесцентные свойства без использования редкоземельных элементов.

Команда проанализировала свойства материала с помощью передовой электронной микроскопии и компьютерного моделирования. Микроскопия показала, что поверхность частиц имеет характерную кратерообразную структуру, которая эффективно преобразует внешние силы во внутреннюю деформацию. Кроме того, расчеты из первых принципов, выполненные с использованием суперкомпьютера MASAMUNE-II, названного в честь основателя Сендая Датэ Масамунэ, показали, что следовые количества натрия создают стабильные структурные дефекты, способные временно накапливать электрический заряд.

Расчеты также указали, что вакансии цинка являются причиной испускания материалом ближнего инфракрасного света. Эти структурные дефекты действуют синергетически, позволяя материалу излучать яркий свет при давлении всего в несколько килопаскалей (эквивалентно давлению от легкого прикосновения кончика пальца).

Поскольку испускаемый ближний инфракрасный свет хорошо проникает через биологические ткани, этот материал может использоваться в медицинских датчиках, не требующих внутреннего источника питания, например, активируемых извне с помощью слабых вибраций, таких как ультразвук. Материал также может применяться для мониторинга инфраструктуры, такой как мосты, здания или лопасти ветряных турбин, визуализируя малые деформации и ранние признаки износа в виде видимого света, что способствует созданию систем дистанционного мониторинга без необходимости в проводке или специальном источнике питания.

Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com