Бескристальная механолюминесценция открывает новые возможности для материалов будущего

Автор: Аюму Каримата/OIST

В XVII веке Фрэнсис Бэкон описал простой эксперимент — соскабливание и разрушение твёрдого сахара в темноте для наблюдения искр света. Это явление называется механолюминесценцией (ML) или триболюминесценцией (TL) — процессом излучения материаловом света под механическим воздействием, таким как трение или разрушение. Обычно ML-свойства люминесцентных соединений наблюдаются в жёстких кристаллических системах, что ограничивает их практическое применение.

Теперь исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST) нашли способ генерировать ML в некристаллических материалах, открывая новые возможности для применения в инженерии, промышленной безопасности и других областях.

«Механическое воздействие на кристаллы вызывает их разрушение. По мере того как кристаллы повреждаются и уменьшаются в размерах, они также начинают терять свои ML-свойства, что значительно ограничивает их применение. В кристаллах ML сильно зависит от структуры и упаковки, что добавляет сложные требования к дизайну. Именно поэтому мы заинтересовались аморфными ML-материалами с более долговечной люминесценцией», — объясняет профессор Джулия Хуснутдинова, руководитель подразделения координационной химии и катализа OIST.

В статье, опубликованной в Chemical Science, исследователи изучают потенциал ML в серии химических соединений, известных своими фотолюминесцентными свойствами. Они создали тонкие, свободные от кристаллов плёнки этих соединений и протестировали ML различными методами, включая контактно-разделительное воздействие (сжатие и разъединение двух поверхностей) и трение.

В ходе экспериментов команда обнаружила, что механическое воздействие генерирует локализованные электрические поля из-за электризации, которые могли возбуждать материалы и окружающий газ.

Воздействуя на свои соединения через защитное пластиковое покрытие, они продемонстрировали неразрушающую ML в фотолюминесцентных соединениях и потенциал таких соединений в будущем дизайне материалов, реагирующих на стимулы.

«Традиционно химики считали разрушение кристаллов необходимым шагом для генерации механолюминесценции», — отмечает доктор Аюму Каримата, ведущий автор исследования.

«Мы доказали, что это не обязательно. Наши открытия открывают огромный спектр возможностей в материаловедении, поскольку они устраняют необходимость в сложном кристаллическом дизайне и инженерии при создании механолюминесцентных материалов».