创新机械发光传感器采用双功能聚合物外壳，提升环保性能与传感精度
在近期研究中，科学家们通过引入具备双功能色彩过滤能力的聚合物外壳，成功开发出一种具备高分辨率特性的机械发光传感器。图片由汉阳大学崔孝成教授团队提供。
机械发光（ML）材料因其在受到机械刺激后可自主发光，而无需外部电源供电的特性，正成为触觉界面传感器领域的重要研究方向。其潜在应用包括医疗运动监测、智能咬合控制界面以及微尺度透体感测技术。然而，这类材料通常具有较宽的发射光谱，导致系统分辨率下降，并在应用中引入光谱噪声，限制了其进一步发展。
针对这一技术瓶颈，韩国和英国联合研究团队，由汉阳大学崔孝成教授带领，结合硕士研究生金南宇的研究成果，提出了一种基于颜色过滤策略的解决方案，为高精度机械发光触觉传感器的开发奠定了基础。研究成果已发表于《先进材料》期刊。
研究人员在ZnS:Cu材料表面涂覆了一层共轭聚合物——聚(9,9-二己基芴-替代苯并二噻唑)（F8BT），实现了对波长低于490纳米的发射光的抑制，使半高全宽（FWHM）从94纳米显著缩小至55纳米。
在传统光学系统中，色彩过滤通常会削弱信号强度。然而在本研究中，F8BT通过机械刺激诱导的光致发光过程，有效补偿了光强损失，这成为该技术方案的重要优势。这种聚合物壳体的双重功能不仅有效抑制了蓝光区域的高频噪声，还显著提升了无源触觉控制器的分辨能力。
研究团队进一步展示了基于ZnS:Cu@F8BT的色彩追踪系统，成功实现了对蓝色与绿色机械发光信号的准确识别，验证了色滤策略在光谱分辨率方面的显著提升。
该技术具有广泛的应用前景，特别是在太空探索环境中，可用于开发可穿戴传感器以监测宇航员活动。此外，在医疗辅助领域，该材料可支持通过咀嚼动作控制轮椅的新型界面系统——例如左咀代表“左转”，中咀代表“前进”，右咀代表“右转”。
崔孝成教授表示，随着全球老龄化进程加速，无源、环保型压力感应技术在老年人健康管理中的重要性日益凸显，例如用于运动状态监测的可穿戴设备，以及辅助机器人系统。他预计，该技术有望成为机器人系统与生物医学工程中新型应力-光传感方案的有力候选。
从长远来看，该技术有望推动能量收集型传感器的发展，将机械能直接转化为光信号，从而减少对传统电池的依赖，缓解电子废弃物问题。凭借高色纯度和稳定的光学解码能力，该系统可在无外部电源支持的情况下长期运行，并通过相机或光电二极管实现便捷读取，特别适用于电力供应受限的环境，如灾害救援现场、偏远地区设施、深海探测以及太空任务。
崔教授预测，未来5至10年内，该技术将推动无电池高分辨率传感器网络的普及，覆盖触控显示、可穿戴设备以及工业安全监控等多个领域。
“这项研究为我们打开了通往机械发光未来的大门。结合ML材料的纺织品与鞋类可随人体运动发光，不仅可在夜间跑步中提供定位功能，同时也兼顾安全与时尚。此外，基于ML原理的救生设备，如救生衣和保暖毯，可在电力中断的情况下持续发送求救信号，为灾害救援提供有力支持。”崔教授总结道。
更多信息详见：Hong In Jeong 等人发表于《先进材料》的论文：“High-precision mechanoluminescent tactile sensors enabled by dual-color-filtering conjugated polymer shells”，DOI: 10.1002/adma.202508917。
期刊信息：Advanced Materials
本文由汉阳大学提供。