Новый материал светится под давлением и ультразвуком, что позволит контролировать напряжения в конструкциях без датчиков

Międzynarodowy zespół badaczy, kierowany przez dr Justynę Barzowską i prof. Sebastiana Mahlika z Uniwersytetu Gdańskiego, odkrył nietypowe właściwości nowego materiału. Pod wpływem nacisku, tarcia, a nawet ultradźwięków zaczyna on emitować światło. W przyszłości takie rozwiązanie może ułatwić kontrolę stanu konstrukcji - świecący obszar wskazywałby miejsce, w którym pojawiają się szczególnie duże naprężenia. Co ważne, do ich wykrywania nie trzeba byłoby stosować rozbudowanej sieci tradycyjnych czujników. Odkrycie opisali w "Science Advances". Naukowcy skupili się na azotku glinu domieszkowanym jonami manganu, oznaczanym jako AlN:Mn2+. Wykazali, że materiał daje pomarańczowy sygnał świetlny nie tylko po naświetleniu, ale także po uderzeniu, tarciu czy rozciąganiu. Taka reakcja może okazać się przydatna tam, gdzie trzeba szybko zobaczyć, w którym miejscu działa największa siła. Jak działa ten wyjątkowy materiał? Mechanizm opiera się na defektach w sieci krystalicznej. Po wcześniejszym naświetleniu w materiale pozostają uwięzione nośniki ładunku. Gdy kryształ się odkształca, część tej energii się uwalnia i trafia do jonów manganu, które odpowiadają za emisję światła. Dzięki temu miejsce działania obciążenia staje się widoczne. WIDEOSamsung Galaxy S27 Ultra z nowym wyglądem. Przecieki zapowiadają spore zmiany W badaniach tarcia intensywność mechanoluminescencji rosła wraz z siłą. Zespół zarejestrował sygnał już przy 0,2 N, czyli przy najmniejszej wartości, którą dało się wiarygodnie zmierzyć w tym układzie. Naukowcy zaznaczają jednak, że nie wyznaczyli jeszcze bezwzględnej granicy czułości materiału. Folia pokazuje rozkład naprężeń Badacze sprawdzili też, jak AlN:Mn2+ zachowuje się w elastycznej folii z polimeru PDMS. Podczas rozciągania i zginania jaśniejsze fragmenty wskazywały obszary, w których pojawiały się naprężenia rozciągające i ścinające. Taki efekt ma praktyczne znaczenie, bo zamiast odczytu z jednego punktu można potencjalnie obserwować większą powierzchnię i zobaczyć rozkład obciążeń. Folia reagowała również na tarcie i ultradźwięki. To poszerza zakres możliwych zastosowań, zwłaszcza w diagnostyce elementów, do których trudno zamontować tradycyjny układ pomiarowy. Ultradźwięki mogą uruchamiać emisję zdalnie Szczególnie istotny dla monitorowania konstrukcji okazał się wariant pobudzany ultradźwiękami. Fale akustyczne wywołują w materiale drgania i miejscowe odkształcenia, a to z kolei może uruchomić emisję światła bez bezpośredniego naciskania badanego elementu. W eksperymentach zespół analizował częstotliwości 20 kHz i 3,3 MHz. Przy 20 kHz sygnał stawał się silniejszy wraz ze wzrostem amplitudy drgań, choć kolejne cykle zaczynały wykazywać oznaki nasycenia. Przy 3,3 MHz naukowcy sprawdzali m.in. wpływ mocy ultradźwięków oraz odległości między przetwornikiem a próbką. Z punktu widzenia praktyki to ważne, bo taki materiał można byłoby aktywować także w miejscach zamkniętych albo trudno dostępnych. Zespół ocenia, że AlN:Mn2+ ma potencjał do pracy w systemach monitorowania stanu konstrukcji i mógłby pomagać w wykrywaniu naprężeń lub uszkodzeń krytycznych komponentów w czasie rzeczywistym. Do wdrożenia pozostaje jednak kilka kluczowych etapów. Trzeba jeszcze określić czułość, trwałość i powtarzalność działania w warunkach rzeczywistych, a także ustalić, jak dokładnie przełożyć jasność emisji na konkretną wartość obciążenia i jak materiał zachowa się po długiej serii cykli.