Mechanoluminiscenční (ML) materiály, které při mechanické aplikaci vyzařují světlo bez potřeby externího zdroje energie, jsou velkým příslibem pro pokročilé technologie, jako jsou rozhraní řízená skusem, monitorování zdraví a přesné měření síly. Výzvou těchto materiálů je však široké spektrum vyzařovaného světla, které může snižovat citlivost a vytvářet nežádoucí šum, což omezuje jejich účinnost v aplikacích snímání.
Řešení problému s barevným filtrem
Výzkumníci z Jižní Koreje a Velké Británie pod vedením profesora Hyosung Choi z Hyangang University vyvinuli nový přístup ke zlepšení rozlišení senzorů ML. Jejich práce, publikovaná v Advanced Materials, zahrnuje potažení materiálu ML, mědí dopovaného sulfidu zinečnatého (ZnS:Cu), speciálním polymerním pláštěm. Tato skořepina vyrobená z poly(9,9-dioktylfluoren-alt-benzothiadiazolu) (F8BT) funguje jako barevný filtr a selektivně snižuje vyzařování světla pod 490 nanometrů. Toto zúžení světelného spektra z 94 nm na 55 nm výrazně zlepšuje schopnost rozlišovat mezi různými signály.
Nová duální funkce: Kompenzace světla
Barevné filtrování obvykle snižuje celkovou intenzitu vyzařovaného světla. V tomto inovativním systému však samotný polymer F8BT vyzařuje světlo aktivované mechanickým tlakem, které tuto ztrátu kompenzuje. Tato dvojí funkčnost – fungující jako filtr i zdroj světla – je klíčovou výhodou. Filtrováním nežádoucích barev při zachování silné modré záře systém minimalizuje spektrální šum a zlepšuje rozlišení u praktických haptických ovladačů.
Proof of Concept: Color Tracking System
Aby vědci demonstrovali schopnosti systému, vytvořili systém sledování barev jako důkaz konceptu pomocí ZnS:Cu potaženého F8BT. Tento systém přesně rozlišoval mezi modrými a zelenými signály ML a demonstroval vysoké spektrální rozlišení dosažené jejich strategií chromatického filtrování.
Vyhlídky pro budoucí aplikace
Tato technologie otevírá vzrušující možnosti pro širokou škálu aplikací:
- Nositelné senzory pro vesmírné prostředí: Kvantitativní hodnocení aktivity posádky ve vesmíru vyžadující lehká a energeticky účinná monitorovací řešení.
- Ovládací zařízení typu náustku: Poskytuje ovládání invalidního vozíku pomocí gest, při kterých konkrétní pohyby (vlevo, uprostřed, vpravo) spouštějí různé akce.
- Elder Health: Řešení rostoucí potřeby energeticky nezávislých technologií pro snímání zátěže pro monitorování pohybu a asistenční robotiku, zejména s tím, jak populace stárne.
„Jak se proces stárnutí společnosti zrychluje, bude narůstat poptávka po ekologických, energeticky nezávislých technologiích snímání zátěže, které přímo souvisí se zdravím starších lidí,“ řekl profesor Choi.
Dlouhodobá vize: Zelené senzory a sklizeň energie
Kromě bezprostředních aplikací má tato technologie potenciál vyvinout senzory a rozhraní pro získávání energie, které přeměňují mechanickou energii na světlo. To představuje ekologickou alternativu k tradičním bateriovým zařízením, což výrazně snižuje závislost na bateriích a elektronický odpad. Vysoká čistota barev a spolehlivé optické dekódování umožňují dlouhou dobu provozu bez externího napájení, aktivované a čtené kamerami nebo fotodiodami, takže je ideální pro prostředí s omezenou energií, jako jsou oblasti přírodních katastrof, vzdálená infrastruktura, průzkum hlubin moře a vesmírné mise. Očekává se, že během příštích pěti až deseti let tato inovace povede k bezbateriovým sítím senzorů s vysokým rozlišením v displejích, nositelných zařízeních a průmyslových bezpečnostních zařízeních.
