Механолюмінесцентні (ML) матеріали, які випромінюють світло при механічному застосуванні без необхідності зовнішнього джерела живлення, мають великі перспективи для передових технологій, таких як інтерфейси з контролем укусу, моніторинг здоров’я та точне вимірювання сили. Однак однією з проблем, пов’язаних із цими матеріалами, є широкий спектр випромінюваного світла, який може знизити чутливість і створити небажаний шум, перешкоджаючи їх ефективності в сенсорних програмах.
Рішення проблеми кольорового фільтра
Дослідники з Південної Кореї та Великобританії під керівництвом професора Hyosung Choi з Університету Хянган розробили новий підхід для покращення роздільної здатності сенсорів ML. Їхня робота, опублікована в Advanced Materials, передбачає покриття матеріалу ML, легованого міддю сульфіду цинку (ZnS:Cu), спеціальною полімерною оболонкою. Ця оболонка, виготовлена з полі(9,9-діоктилфлуорен-альт-бензотіадіазолу) (F8BT), діє як кольоровий фільтр, вибірково зменшуючи випромінювання світла нижче 490 нанометрів. Таке звуження спектру світла з 94 нм до 55 нм значно покращує здатність розрізняти різні сигнали.
Нова подвійна функція: компенсація світла
Як правило, кольорова фільтрація зменшує загальну інтенсивність випромінюваного світла. Однак у цій інноваційній системі сам полімер F8BT випромінює світло, активоване механічним тиском, що компенсує цю втрату. Ця подвійна функціональність — дія як фільтр і джерело світла — є ключовою перевагою. Відфільтровуючи небажані кольори, зберігаючи при цьому сильне синє світіння, система мінімізує спектральний шум і покращує роздільну здатність практичних тактильних контролерів.
Підтвердження концепції: система відстеження кольорів
Щоб продемонструвати можливості системи, дослідники створили систему відстеження кольорів як доказ концепції, використовуючи ZnS:Cu з покриттям F8BT. Ця система точно розрізняла сині та зелені сигнали ML, демонструючи високу спектральну роздільну здатність, досягнуту стратегією хроматичної фільтрації.
Перспективи застосування в майбутньому
Ця технологія відкриває захоплюючі можливості для широкого спектру застосувань:
- Носимі датчики для космічного середовища: Кількісна оцінка активності екіпажу в космосі, що потребує легких та енергоефективних рішень для моніторингу.
- Керуючий пристрій типу мундштука: Забезпечує керування інвалідним візком за допомогою жестів укусу, під час яких певні рухи (ліворуч, центр, праворуч) викликають різні дії.
- Здоров’я людей похилого віку: Вирішення зростаючої потреби в енергонезалежних технологіях визначення навантаження для моніторингу руху та допоміжної робототехніки, особливо в міру старіння населення.
«З прискоренням процесу старіння суспільства зростатиме попит на екологічно чисті, енергонезалежні технології вимірювання навантаження, які безпосередньо пов’язані зі здоров’ям людей похилого віку», — сказав професор Чой.
Довгострокове бачення: зелені датчики та збір енергії
Окрім безпосередніх застосувань, ця технологія має потенціал для розробки датчиків збору енергії та інтерфейсів, які перетворюють механічну енергію на світло. Це забезпечує екологічну альтернативу традиційним пристроям з живленням від батареї, значно зменшуючи залежність від батареї та електронні відходи. Висока чистота кольорів і надійне оптичне декодування забезпечують тривалий час роботи без зовнішнього джерела живлення, активації та зчитування за допомогою камер або фотодіодів, що робить його ідеальним для середовищ з обмеженим енергоспоживанням, таких як зони стихійних лих, віддалена інфраструктура, дослідження морських глибин і космічні місії. Очікується, що протягом наступних п’яти-десяти років ця інновація призведе до створення безбатарейних сенсорних мереж високої роздільної здатності в дисплеях, переносних пристроях і обладнанні промислової безпеки.
