Forskare har skapat en ny glaskeramik som avger ljus som svar på mekanisk stress, en egenskap som kallas mekanoluminescens. Med vidareutveckling skulle det nya materialet kunna användas för att skapa en ljuskälla som tänds av mekanisk påfrestning. Detta kan vara användbart för att övervaka stress i konstgjorda leder i kroppen eller ge varningar om farlig stress eller frakturer i byggnader, broar och andra strukturer.

"De flesta material som uppvisar mekanoluminescens har gjorts som pulver, som inte är särskilt mångsidiga", säger forskargruppsledare Lothar Wondraczek från Friedrich Schiller University Jena i Tyskland. "Vi designade ett glaskeramiskt material med mekanoluminescens, vilket gör att glasliknande bearbetningsmetoder kan användas för att forma praktiskt taget vilken form som helst – inklusive fiber, pärlor eller mikrosfärer – som kan integreras i olika komponenter och enheter."

Forskningen redovisas i ett specialnummer av Optical Materials Express till minne av FN:s internationella år för glas 2022, som firar den viktiga roll som glas spelar i samhället.

Den nya mycket transparenta glaskeramiken är gjord av kromdopade zinkgallat (ZGO) kristaller inbäddade i en kaliumgermanatglasmatris. Dessa kristaller ger materialet dess mekanoluminiscerande egenskaper men är så små att de inte nämnvärt påverkar glasets visuella transparens.

"Vårt arbete kan hjälpa mekanoluminescerande material att hitta utbredd användning i en mängd olika applikationer, inklusive ljusavgivande produktetiketter och säkerhetskoder", säger Wondraczek. "Det ansluter också väl till det internationella året för glas genom att visa den breda mångsidigheten och oväntade egenskaperna hos glasartade material."

Ett mer praktiskt material

Förutom att vara svåra att forma till olika geometrier kräver mekanoluminiscerande pulver extra bearbetningssteg såsom inkapsling i ett matrismaterial. För att skapa ett mer praktiskt material vände sig forskarna till glaskeramik.

Glaskeramik är en relativt ny typ av material som består av ett kristallint material inbäddat i en glasmatris. Kristallerna kan användas för att ge dessa material mycket specifika egenskaper medan glasmatrisen gör att de kan formas med många av samma processer som används för glas.

Forskarna skapade den mekanoluminescerande glaskeramen genom att utveckla en exceptionellt snabb och stabil kristalliseringsprocess som gör att de små ZGO-kristallerna kan fällas ut homogent inuti glaset efter att det har formats. De visade att materialen avgav ljus under mekanisk påfrestning genom att använda ball-dropptestet, ett standardsätt för att ge en känd slagkraft till ett material. "Vi fann att mekanoluminescenssvaret var reproducerbart och uppladdningsbart och att det visade en direkt korrelation med slagenergin", sa Wondraczek.

Nu när de har demonstrerat materialets ljusavgivande egenskaper planerar de att anpassa glassammansättningen så att den kan formas till arkliknande föremål, optiska fibrer och mikroskaliga sfäriska pärlor och sedan utforska hur dessa skulle kunna användas i komponenter och enheter. De syftar också till att utnyttja andra egenskaper som vanligtvis tillskrivs glaskeramik - såsom termisk, kemisk och mekanisk stabilitet - för att få nya funktioner från de glasartade materialen. + Utforska vidare

Forskare förbereder nytt lågsmältande, kväveinnehållande tenn(II)klorfosfatglas