Les matériaux mécanoluminescents (ML), qui émettent de la lumière lorsqu’ils sont soumis à une contrainte mécanique sans avoir besoin d’une source d’alimentation externe, sont très prometteurs pour les technologies avancées telles que les interfaces contrôlées par morsure, la surveillance de l’état de santé et la détection précise de la force. Cependant, le défi de ces matériaux réside dans leur large spectre d’émission lumineuse, qui peut diminuer la sensibilité et introduire des bruits indésirables, ce qui nuit à leur efficacité dans les applications de détection.
Relever le défi de la filtration des couleurs
Des chercheurs de Corée du Sud et du Royaume-Uni, dirigés par le professeur Hyosung Choi de l’Université de Hanyang, ont développé une nouvelle approche pour améliorer la résolution du capteur ML. Leurs travaux, publiés dans Advanced Materials, consistent à revêtir le matériau ML, du sulfure de zinc dopé au cuivre (ZnS:Cu), d’une coque polymère spéciale. Cette coque, constituée de poly(9,9-dioctylfluorène-alt-benzothiadiazole) (F8BT), agit comme un filtre coloré, réduisant sélectivement les émissions lumineuses en dessous de 490 nanomètres. Ce rétrécissement du spectre lumineux de 94 nm à 55 nm améliore considérablement la capacité à distinguer les différents signaux.
Une nouvelle double fonctionnalité : la compensation de la lumière
En règle générale, la filtration des couleurs réduit l’intensité globale de la lumière émise. Cependant, dans ce système innovant, la propre émission lumineuse du polymère F8BT, déclenchée par une pression mécanique, compense cette perte. Cette double fonctionnalité — agissant à la fois comme filtre et comme source de lumière — est un avantage clé. En filtrant les couleurs indésirables tout en maintenant une forte émission de lumière bleue, le système minimise le bruit spectral et améliore la résolution des contrôleurs haptiques pratiques.
Preuve de concept : système de suivi des couleurs
Pour démontrer les capacités du système, les chercheurs ont créé un système de suivi des couleurs de validation utilisant du ZnS:Cu recouvert de F8BT. Ce système distingue avec précision les signaux ML bleus et verts, mettant en valeur la haute résolution spectrale obtenue grâce à leur stratégie de filtration chromatique.
Implications pour les applications futures
Cette technologie ouvre des possibilités passionnantes pour une gamme d’applications :
- Capteurs portables pour les environnements spatiaux : Quantification de l’activité de l’équipage dans l’espace, nécessitant des solutions de surveillance légères et économes en énergie.
- Contrôleurs de type embout buccal : Permet le fonctionnement du fauteuil roulant via des gestes de mastication, où des mouvements spécifiques (gauche, centre, droite) déclenchent différentes actions.
- Soins de santé aux personnes âgées : Répondre au besoin croissant de technologies de détection du stress sans alimentation pour la surveillance des mouvements et la robotique d’assistance, en particulier à mesure que les populations vieillissent.
« À mesure que le vieillissement de la société s’accélère, il y aura une demande croissante de technologies de détection du stress respectueuses de l’environnement et sans énergie, directement liées aux soins de santé des personnes âgées », a déclaré le professeur Choi.
Vision à long terme : capteurs écologiques et récupération d’énergie
Au-delà des applications immédiates, cette technologie a le potentiel de faire progresser les capteurs et interfaces de récupération d’énergie qui convertissent l’énergie mécanique en lumière. Cela constitue une alternative écologique aux appareils traditionnels alimentés par batterie, réduisant considérablement la dépendance à la batterie et les déchets électroniques. La haute pureté des couleurs et le décodage optique fiable permettent de longues périodes de fonctionnement sans alimentation externe, activés et lus avec des caméras ou des photodiodes, ce qui le rend idéal pour les environnements à alimentation limitée tels que les zones sinistrées, les infrastructures éloignées, l’exploration des fonds marins et les missions spatiales. Au cours des cinq à dix prochaines années, cette innovation devrait conduire à des réseaux de capteurs haute résolution sans batterie dans les écrans, les appareils portables et les équipements de sécurité industrielle.
