Механолюминесцентные (МЛ) материалы, излучающие свет при механическом воздействии без необходимости во внешнем источнике питания, открывают большие перспективы для передовых технологий, таких как интерфейсы, управляемые прикусом, мониторинг здоровья и точное измерение силы. Однако одним из вызовов, связанных с этими материалами, является широкий спектр излучаемого света, который может снижать чувствительность и создавать нежелательный шум, препятствуя их эффективности в приложениях для обнаружения.
Решение Проблемы с Цветовым Фильтром
Исследователи из Южной Кореи и Великобритании во главе с профессором Хёсунгом Чои из Университета Хянган разработали новый подход для повышения разрешения МЛ-датчиков. Их работа, опубликованная в Advanced Materials, заключается в нанесении на МЛ-материал, сульфид цинка, легированный медью (ZnS:Cu), специальной полимерной оболочкой. Эта оболочка, изготовленная из поли(9,9-диоктилфлуорен-альт-бензотиадиазол) (F8BT), действует как цветовой фильтр, селективно снижая световое излучение ниже 490 нанометров. Это сужение светового спектра с 94 нм до 55 нм значительно улучшает способность различать различные сигналы.
Новая Двухфункциональность: Компенсация Света
Обычно цветовая фильтрация снижает общую интенсивность излучаемого света. Однако в этой инновационной системе полимер F8BT сам по себе излучает свет, активируемый механическим давлением, что компенсирует эту потерю. Эта двухфункциональность — выполнение роли как фильтра, так и источника света — является ключевым преимуществом. Фильтруя нежелательные цвета, сохраняя при этом сильное голубое свечение, система минимизирует спектральный шум и повышает разрешение в практических тактильных контроллерах.
Доказательство Концепции: Система Отслеживания Цвета
Чтобы продемонстрировать возможности системы, исследователи создали систему отслеживания цвета в качестве доказательства концепции, используя ZnS:Cu, покрытый F8BT. Эта система точно различала голубой и зеленый МЛ-сигналы, демонстрируя высокое спектральное разрешение, достигнутое благодаря их хроматической стратегии фильтрации.
Перспективы для Будущих Приложений
Эта технология открывает захватывающие возможности для широкого спектра приложений:
- Носимые датчики для космической среды: Количественная оценка активности экипажа в космосе, требующая легких и энергоэффективных решений для мониторинга.
- Устройства управления типа мундштука: Обеспечение управления инвалидной коляской с помощью жестов прикусывания, при котором конкретные движения (влево, по центру, вправо) запускают различные действия.
- Охрана здоровья пожилых людей: Решение растущей потребности в энергонезависимых технологиях для измерения нагрузки для мониторинга движения и вспомогательной робототехники, особенно по мере старения населения.
«По мере ускорения процессов старения общества, будет возрастать спрос на экологически чистые, энергонезависимые технологии для измерения нагрузки, которые напрямую связаны с охраной здоровья пожилых людей», — сказал профессор Чои.
Долгосрочное Видение: Экологически Чистые Датчики и Сбор Энергии
Помимо непосредственных приложений, эта технология имеет потенциал для развития датчиков и интерфейсов для сбора энергии, которые преобразуют механическую энергию в свет. Это обеспечивает экологичную альтернативу традиционным устройствам с батарейным питанием, значительно снижая зависимость от батарей и электронные отходы. Высокая чистота цвета и надежное оптическое декодирование позволяют длительное время работы без внешнего питания, активируемое и считываемое с помощью камер или фотодиодов, что делает его идеальным для сред с ограниченными возможностями питания, таких как зоны стихийных бедствий, удаленная инфраструктура, глубоководное исследование и космические миссии. В течение следующих пяти-десяти лет ожидается, что эта инновация приведет к созданию бесбатарейных сетей датчиков с высоким разрешением в дисплеях, носимых устройствах и промышленном оборудовании для обеспечения безопасности.
