Исследователи создали новую стеклокерамику, излучающую свет в ответ на механическое воздействие. Высокопрозрачный материал изготовлен из стеклянной матрицы из германата калия с добавлением кристаллов галлата цинка, легированного хромом (ZGO), которые придают материалу его механолюминесцентные свойства. Авторы и права: Лотар Вондрачек, Йенский университет им. Фридриха Шиллера.

«Большинство материалов, демонстрирующих механолюминесценцию, были изготовлены в виде порошков, которые не очень универсальны», — сказал руководитель исследовательской группы Лотар Вондрачек из Университета Фридриха Шиллера в Йене в Германии. «Мы разработали стеклокерамический материал с механолюминесценцией, который позволяет использовать подходы обработки, подобные стеклу, для формирования практически любой формы, включая волокна, шарики или микросферы, которые могут быть включены в различные компоненты и устройства».

Об исследовании сообщается в специальном выпуске Optical Materials Express, посвященном Международному году стекла Организации Объединенных Наций 2022.

Новая высокопрозрачная стеклокерамика изготовлена ​​из кристаллов галлата цинка, легированного хромом (ZGO), встроенных в стеклянную матрицу из германата калия. Эти кристаллы придают материалу его механолюминесцентные свойства, но они настолько малы, что не оказывают заметного влияния на визуальную прозрачность стекла.

«Наша работа может помочь механолюминесцентным материалам найти широкое применение в самых разных областях, включая светоизлучающие этикетки для продуктов и защитные коды», — сказал Вондрачек. «Он также хорошо связан с Международным годом стекла, демонстрируя широкую универсальность и неожиданные свойства стеклянных материалов».

Более практичный материал

В дополнение к тому, что механолюминесцентные порошки трудно придать различную геометрическую форму, они требуют дополнительных этапов обработки, таких как инкапсуляция в матричный материал. Чтобы создать более практичный материал, исследователи обратились к стеклокерамике.

Стеклокерамика — это относительно новый тип материала, состоящий из кристаллического материала, встроенного в стеклянную матрицу. Кристаллы можно использовать для придания этим материалам очень специфических свойств, в то время как стеклянная матрица позволяет придавать им форму с помощью многих процессов, используемых для стекла.

Исследователи создали механолюминесцентную стеклокерамику, разработав исключительно быстрый и стабильный процесс кристаллизации, который позволяет крошечным кристаллам ZGO однородно осаждаться внутри стекла после того, как ему была придана форма. Они показали, что материалы излучают свет при механическом воздействии, используя тест на падение мяча, стандартный способ придания материалу известной ударной силы. «Мы обнаружили, что реакция механолюминесценции воспроизводима и перезаряжаема и что она демонстрирует прямую корреляцию с энергией удара», — сказал Вондрачек.

Теперь, когда они продемонстрировали светоизлучающие свойства материала, они планируют адаптировать состав стекла таким образом, чтобы из него можно было формировать листовые объекты, оптическое волокно и микросферические шарики, а затем исследовать, как их можно использовать в компонентах и ​​устройствах. Они также стремятся использовать другие свойства, обычно приписываемые стеклокерамике, такие как термическая, химическая и механическая стабильность, чтобы получить новые функции от стеклообразных материалов.