I ricercatori hanno creato una nuova vetroceramica che emette luce in risposta a sollecitazioni meccaniche, una proprietà nota come meccanoluminescenza. Con un ulteriore sviluppo, il nuovo materiale potrebbe essere utilizzato per creare una sorgente luminosa che viene attivata da sollecitazioni meccaniche. Ciò potrebbe essere utile per monitorare lo stress nelle articolazioni artificiali del corpo o per fornire avvisi di stress pericoloso o fratture in edifici, ponti e altre strutture.

"La maggior parte dei materiali che esibiscono la meccanoluminescenza sono stati realizzati sotto forma di polveri, che non sono molto versatili", ha affermato il leader del team di ricerca Lothar Wondraczek della Friedrich Schiller University Jena in Germania. "Abbiamo progettato un materiale in vetroceramica con meccanoluminescenza, che consente di utilizzare metodi di lavorazione simili al vetro per formare praticamente qualsiasi forma, comprese fibre, perline o microsfere, che può essere incorporata in vari componenti e dispositivi".

La ricerca è riportata in un numero speciale di Optical Materials Express commemorazione dell'Anno internazionale del vetro 2022 delle Nazioni Unite, che celebra il ruolo essenziale che il vetro svolge nella società.

La nuova vetroceramica altamente trasparente è composta da cristalli di gallato di zinco drogato con cromo (ZGO) incorporati in una matrice di vetro di germanato di potassio. Questi cristalli conferiscono al materiale le sue proprietà meccanoluminescenti ma sono così piccoli da non intaccare notevolmente la trasparenza visiva del vetro.

"Il nostro lavoro potrebbe aiutare i materiali meccanoluminescenti a trovare un uso diffuso in una varietà di applicazioni, comprese le etichette dei prodotti che emettono luce e i codici di sicurezza", ha affermato Wondraczek. "Si lega bene anche all'Anno Internazionale del Vetro, dimostrando l'ampia versatilità e le proprietà inaspettate dei materiali vetrosi."

Un materiale più pratico

Oltre ad essere difficili da formare in varie geometrie, le polveri meccanoluminescenti richiedono fasi di lavorazione aggiuntive come l'incapsulamento in un materiale di matrice. Per creare un materiale più pratico, i ricercatori si sono rivolti alla vetroceramica.

La vetroceramica è un tipo di materiale relativamente nuovo che consiste in un materiale cristallino incorporato in una matrice di vetro. I cristalli possono essere utilizzati per conferire a questi materiali proprietà molto specifiche mentre la matrice di vetro consente di modellarli con molti degli stessi processi utilizzati per il vetro.

I ricercatori hanno creato la vetroceramica meccanoluminescente sviluppando un processo di cristallizzazione eccezionalmente veloce e stabile che consente ai minuscoli cristalli ZGO di precipitare in modo omogeneo all'interno del vetro dopo che è stato modellato. Hanno dimostrato che i materiali emettevano luce sotto stress meccanico utilizzando il test di caduta della palla, un modo standard per impartire una forza di impatto nota a un materiale. "Abbiamo scoperto che la risposta della meccanoluminescenza era riproducibile e ricaricabile e che mostrava una correlazione diretta con l'energia dell'impatto", ha affermato Wondraczek.

Ora che hanno dimostrato le proprietà di emissione di luce del materiale, hanno in programma di adattare la composizione del vetro in modo che possa essere formato in oggetti simili a fogli, fibre ottiche e perline sferiche su microscala e quindi esplorare come queste potrebbero essere utilizzate in componenti e dispositivi. Mirano anche a sfruttare altre caratteristiche comunemente attribuite alla vetroceramica, come la stabilità termica, chimica e meccanica, per ottenere nuove funzioni dai materiali vetrosi. + Esplora ulteriormente

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