新型机械发光传感器利用双功能聚合物外壳，实现高分辨率与环保控制
一项由韩国和英国研究人员合作开发的创新技术，借助聚合物外壳实现双色滤波功能，为机械发光（ML）传感器的性能带来显著提升。该技术由汉阳大学崔孝成教授团队主导，相关成果已在《Advanced Materials》期刊上发表。
机械发光材料因其在机械刺激下自发发光的特性，被视为下一代触觉接口传感器的理想选择，适用于包括咬合控制用户界面、医疗运动监测以及微透体感测等多种应用场景。然而，这类材料通常具备宽泛的发射光谱，导致光谱分辨率下降，并在传感过程中引入噪声，限制了其实际应用。
为解决这一问题，崔孝成教授与研究团队提出了一种创新的色滤波策略。他们在ZnS：Cu材料表面涂覆了一层共轭聚合物——聚（9,9-二甲基芴-替代苯并噻二唑）（F8BT），有效抑制了490纳米以下波长的发射光，将半高宽从94纳米压缩至55纳米，从而大幅提高了光谱分辨率。
值得注意的是，尽管色彩过滤通常会导致发射强度下降，但F8BT层却通过其独特的光致发光机制对信号进行补偿，这一双重功能是该技术的核心优势。通过有效抑制蓝色区域的高强度噪声，该传感器在无外部电源的条件下，仍能实现高精度触觉控制。
研究人员进一步开发了一个基于ZnS：Cu@F8BT的新型颜色敏感追踪系统。该系统能够准确区分蓝色与绿色的机械发光信号，展示了色度滤波策略在光谱分辨率方面的显著优势。
这项突破有望推动一系列应用的商业化进程，例如用于太空环境中测量乘员活动的可穿戴传感器，以及通过咀嚼手势控制轮椅的嘴控型接口。在该系统中，左侧咀嚼表示“左转”，中央咀嚼对应“前进”，右侧咀嚼则代表“右转”。
崔教授表示，随着全球老龄化趋势加剧，对环保、无电源的传感技术需求将不断增长，尤其是在老年人医疗辅助方面，如运动监测和康复机器人。他认为，这项技术有望在机器人和生物医学工程中发挥关键作用。
从长远来看，该技术有望改善能量收集传感器的性能，并将机械能高效转化为光信号，从而减少对传统电池的依赖，降低电子废弃物的产生。凭借其高色彩纯度和稳定光学解码能力，这种传感器无需外部供电即可长时间运行，仅需通过相机或光电二极管即可读取信号，适用于灾害现场、偏远地区、深海及太空等电力受限的场景。
预计在未来五到十年内，这项创新将推动无电池高分辨率传感器网络的发展，广泛应用于显示技术、智能穿戴设备及工业安全系统。
“这项技术为我们开启了一个全新的机械发光世界，”崔教授总结道，“我们可以设想，嵌入ML材料的纺织品和鞋类能够根据人体运动发出光线，为夜间跑步提供安全保障，兼具实用与美观。此外，基于ML的应急装备——如救生衣和保温毯——在电力受限的灾难环境中，也将成为传递求救信号的重要工具。”
更多信息请参考：Hong In Jeong 等，《通过共轭聚合物壳层实现双功能色滤的高精度机械发光触觉传感器》，Advanced Materials（2025）。DOI：10.1002/adma.202508917
期刊信息：Advanced Materials
由汉阳大学提供