Onderzoekers hebben een nieuw glaskeramiek gemaakt dat licht uitstraalt als reactie op mechanische stress, een eigenschap die bekend staat als mechanoluminescentie. Bij verdere ontwikkeling zou het nieuwe materiaal kunnen worden gebruikt om een ​​lichtbron te creëren die wordt ingeschakeld door mechanische belasting. Dit kan nuttig zijn voor het bewaken van spanning in kunstmatige gewrichten in het lichaam of het geven van waarschuwingen voor gevaarlijke spanningen of breuken in gebouwen, bruggen en andere constructies.

"De meeste materialen die mechanoluminescentie vertonen, zijn gemaakt als poeders, die niet erg veelzijdig zijn", zei onderzoeksteamleider Lothar Wondraczek van de Friedrich Schiller University Jena in Duitsland. "We ontwierpen een glaskeramisch materiaal met mechanoluminescentie, waarmee glasachtige verwerkingsbenaderingen kunnen worden gebruikt om vrijwel elke vorm te vormen - inclusief vezels, kralen of microsferen - die in verschillende componenten en apparaten kunnen worden verwerkt."

Het onderzoek wordt gerapporteerd in een speciale uitgave van Optical Materials Express ter herdenking van het Internationale Jaar van Glas 2022 van de Verenigde Naties, dat de essentiële rol die glas speelt in de samenleving viert.

Het nieuwe zeer transparante glaskeramiek is gemaakt van met chroom gedoteerde zinkgallaat (ZGO) kristallen ingebed in een kaliumgermanaat glasmatrix. Deze kristallen geven het materiaal zijn mechanoluminescerende eigenschappen, maar zijn zo klein dat ze de visuele transparantie van het glas niet noemenswaardig beïnvloeden.

"Ons werk zou kunnen helpen mechanoluminescente materialen wijdverbreid te gebruiken in een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder lichtemitterende productlabels en beveiligingscodes", aldus Wondraczek. "Het sluit ook goed aan bij het International Year of Glass door de brede veelzijdigheid en onverwachte eigenschappen van glasachtige materialen te demonstreren."

Een praktischer materiaal

Behalve dat ze moeilijk in verschillende geometrieën te vormen zijn, vereisen mechanoluminescerende poeders extra verwerkingsstappen zoals inkapseling in een matrixmateriaal. Om een ​​praktischer materiaal te maken, wendden de onderzoekers zich tot glaskeramiek.

Glaskeramiek is een relatief nieuw type materiaal dat bestaat uit een kristallijn materiaal dat is ingebed in een glasmatrix. De kristallen kunnen worden gebruikt om deze materialen zeer specifieke eigenschappen te geven, terwijl de glasmatrix het mogelijk maakt ze te vormen met veel van dezelfde processen die voor glas worden gebruikt.

De onderzoekers creëerden het mechanoluminescente glaskeramiek door een uitzonderlijk snel en stabiel kristallisatieproces te ontwikkelen waarmee de kleine ZGO-kristallen homogeen in het glas kunnen neerslaan nadat het is gevormd. Ze toonden aan dat de materialen licht uitstraalden onder mechanische belasting door gebruik te maken van de kogelvaltest, een standaardmanier om een ​​bekende slagkracht aan een materiaal te geven. "We ontdekten dat de mechanoluminescentierespons reproduceerbaar en oplaadbaar was en dat deze een directe correlatie vertoonde met de impactenergie", zei Wondraczek.

Nu ze de lichtuitstralende eigenschappen van het materiaal hebben aangetoond, zijn ze van plan de glassamenstelling aan te passen zodat deze kan worden gevormd tot plaatachtige objecten, optische vezels en bolvormige bolletjes op microschaal en vervolgens onderzoeken hoe deze kunnen worden gebruikt in componenten en apparaten. Ze zijn ook bedoeld om andere kenmerken te benutten die gewoonlijk aan glaskeramiek worden toegeschreven, zoals thermische, chemische en mechanische stabiliteit, om nieuwe functies uit de glasachtige materialen te halen. + Verder verkennen

Onderzoekers bereiden nieuw laagsmeltend, stikstofhoudend, tin(II)chloorfosfaatglas