Materiały mechanoluminescencyjne przetwarzają energię mechaniczną w postaci ściskania, rozciągania lub drgań – w światło, co sprawia, że są atrakcyjną alternatywą dla różnego rodzaju czujników. W odróżnieniu od typowych sensorów, nie wymagają zasilania bateryjnego. Niestety, szersze zastosowanie zjawiska mechanoluminescencji w diagnostyce konstrukcji jest utrudnione, ze względu na wysokie koszty najbardziej efektywnych materiałów, wykazujących właściwości mechanoluminescencyjne. Otrzymywane są one bowiem z wykorzystaniem metali ziem rzadkich lub złożonych procesów.
Japońscy naukowcy z Uniwersytetu Tohoku opracowali materiał w oparciu o tlenek cynku (ZnO), wykazujący silny efekt mechanoluminescencyjny, bez udziału metali ziem rzadkich.
Szeroko dostępny tlenek cynku wykazuje właściwości półprzewodnikowe typu n, z elektronami swobodnymi jako nośnikami prądu. Precyzyjna inżynieria defektów strukturalnych w obrębie materiału i częściowe podstawienie jonów Li+ i Na+ w miejsce Zn2+ umożliwiło zmianę właściwości półprzewodnikowych na typ p, w którym nośnikiem prądu są dziury po uwolnionych elektronach swobodnych. W tym stanie materiał wykazuje silną mechanoluminescencję w bliskiej podczerwieni i właściwości ferromagnetyczne. Efekt można wykorzystać na potrzeby monitoringu naprężeń w inżynierii mechanicznej i biomedycznej.
Zaprezentowane możliwości inżynierii materiałowej, w oparciu o dostępność i stabilność tlenku cynku, otwierają nowe możliwości w zakresie wykorzystania mechanoluminescencji w diagnostyce konstrukcji.
tohoku.ac.jp
T. Uchiyama, K. Otonari, R. Omori, et al.: Stress-to-Light Conversion in an Earth-Abundant Oxide Semiconductor. Advanced Science (2026): e75587
