L'ossido di zinco privo di terre rare raggiunge un primato nella conversione della sollecitazione in luce
Il drogaggio con sodio e i difetti reticolari controllati generano meccanoluminescenza a pressioni che arrivano fino a pochi kilopascal
Annunci
I materiali meccano-luminescenti convertono direttamente in luce l'energia meccanica, come sollecitazioni, deformazioni e vibrazioni, rendendoli particolarmente interessanti come sensori autoalimentati che non richiedono né batterie né cablaggi. Dai sensori biomedici ai sensori di monitoraggio delle infrastrutture autoalimentati, i materiali meccano-luminescenti hanno una vasta gamma di potenziali applicazioni. Tuttavia, i materiali meccano-luminescenti ad alte prestazioni si sono tradizionalmente basati su materiali costosi e di terre rare o su composizioni materiali complesse.
Ora, un gruppo di ricerca guidato dall'Università di Tohoku, in collaborazione con l'Università di Tsukuba e l'Università di Saga, ha sviluppato un materiale a base di ossido di zinco (ZnO) che mostra una meccanoluminescenza forte e altamente sensibile senza l'uso di elementi delle terre rare.
Il materiale di nuova concezione combina un'elevata sensibilità con un basso costo grazie all'uso dell'ossido di zinco, un materiale abbondante in natura già presente in prodotti quali creme solari, cosmetici e unguenti.
I ricercatori hanno ottenuto queste prestazioni aggiungendo una piccola quantità di sodio all'ossido di zinco e controllando attentamente i difetti strutturali del materiale. Secondo il team, questa è la prima dimostrazione di una meccanoluminescenza forte e altamente sensibile nell'ossido di zinco senza l'uso di alcun elemento delle terre rare.
Per capire perché il materiale funzioni così bene, il team ha utilizzato microscopia elettronica avanzata e modellazione computazionale. La microscopia ha rivelato che le particelle possiedono una struttura superficiale distintiva simile a un cratere che può convertire efficacemente la forza esterna in deformazione interna. Nel frattempo, i calcoli basati sui primi principi eseguiti utilizzando il supercomputer MASAMUNE-II - che prende il nome dal fondatore di Sendai, Masamune Date - hanno mostrato che tracce di sodio creano difetti strutturali stabili in grado di immagazzinare temporaneamente carica elettrica.
I calcoli hanno anche rivelato che i vuoti di zinco sono responsabili dell'emissione nel vicino infrarosso del materiale. Insieme, questi difetti strutturali consentono al materiale di emettere luce brillante sotto una pressione di soli pochi kilopascal - all'incirca la pressione prodotta da un leggero tocco con la punta delle dita.
Questa elevata sensibilità apre la strada a una varietà di applicazioni pratiche. Poiché la luce emessa rientra nella regione del vicino infrarosso, che può penetrare relativamente bene nei tessuti biologici, il materiale potrebbe essere utilizzato in futuri sensori medici che funzionano senza fonti di alimentazione interne. Tali dispositivi potrebbero potenzialmente essere attivati dall'esterno del corpo utilizzando vibrazioni deboli come gli ultrasuoni.
Il materiale potrebbe anche supportare il monitoraggio delle infrastrutture. Se applicato a ponti, edifici o pale di turbine eoliche, potrebbe consentire di visualizzare sotto forma di luce piccole deformazioni e primi segni di deterioramento. Ciò potrebbe rendere possibili sistemi di monitoraggio remoto che funzionano senza cablaggi o alimentatori dedicati.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Altre notizie dal dipartimento scienza
