Los investigadores han creado una nueva vitrocerámica que emite luz en respuesta a la tensión mecánica, una propiedad conocida como mecanoluminiscencia. Con un mayor desarrollo, el nuevo material podría usarse para crear una fuente de luz que se encienda por tensión mecánica. Esto podría ser útil para controlar la tensión en las articulaciones artificiales del cuerpo o proporcionar advertencias de tensión peligrosa o fracturas en edificios, puentes y otras estructuras.

"La mayoría de los materiales que exhiben mecanoluminiscencia se han fabricado como polvos, que no son muy versátiles", dijo el líder del equipo de investigación, Lothar Wondraczek, de la Universidad Friedrich Schiller de Jena, en Alemania. "Diseñamos un material de vitrocerámica con mecanoluminiscencia, que permite utilizar enfoques de procesamiento similares al vidrio para formar prácticamente cualquier forma, incluidas fibras, perlas o microesferas, que se pueden incorporar en varios componentes y dispositivos".

La investigación se informa en una edición especial de Optical Materials Express conmemorando el Año Internacional del Vidrio 2022 de las Naciones Unidas, que celebra el papel esencial que desempeña el vidrio en la sociedad.

La nueva vitrocerámica de alta transparencia está hecha de cristales de galato de zinc dopados con cromo (ZGO) incrustados en una matriz de vidrio de germanato de potasio. Estos cristales confieren al material sus propiedades mecanoluminiscentes pero son tan pequeños que no afectan notablemente a la transparencia visual del vidrio.

"Nuestro trabajo podría ayudar a que los materiales mecanoluminiscentes encuentren un uso generalizado en una variedad de aplicaciones, incluidas las etiquetas de productos emisores de luz y los códigos de seguridad", dijo Wondraczek. "También se relaciona bien con el Año Internacional del Vidrio al demostrar la gran versatilidad y las propiedades inesperadas de los materiales vítreos".

Un material más práctico

Además de ser difíciles de moldear en diversas geometrías, los polvos mecanoluminiscentes requieren pasos de procesamiento adicionales, como la encapsulación en un material de matriz. Para crear un material más práctico, los investigadores recurrieron a la vitrocerámica.

La vitrocerámica es un tipo de material relativamente nuevo que consiste en un material cristalino incrustado en una matriz de vidrio. Los cristales se pueden usar para dar a estos materiales propiedades muy específicas, mientras que la matriz de vidrio les permite moldearse con muchos de los mismos procesos que se usan para el vidrio.

Los investigadores crearon la vitrocerámica mecanoluminiscente mediante el desarrollo de un proceso de cristalización excepcionalmente rápido y estable que permite que los diminutos cristales ZGO se precipiten de manera homogénea dentro del vidrio una vez que se le ha dado forma. Demostraron que los materiales emitían luz bajo tensión mecánica utilizando la prueba de caída de bola, una forma estándar de impartir una fuerza de impacto conocida a un material. "Descubrimos que la respuesta de la mecanoluminiscencia era reproducible y recargable y que mostraba una correlación directa con la energía del impacto", dijo Wondraczek.

Ahora que han demostrado las propiedades de emisión de luz del material, planean adaptar la composición del vidrio para que se pueda formar en objetos similares a láminas, fibra óptica y perlas esféricas a microescala y luego explorar cómo se podrían usar en componentes y dispositivos. También tienen como objetivo explotar otras características comúnmente atribuidas a la vitrocerámica, como la estabilidad térmica, química y mecánica, para obtener nuevas funciones de los materiales vítreos. + Explora más

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