新型双功能聚合物外壳助力机械发光传感器实现环保高分辨率控制
近日，由韩国汉阳大学崔孝成教授带领的研究团队，联合英国的研究人员，开发出一种融合聚合物壳层技术的创新方案，通过双功能颜色过滤机制，显著提升了机械发光（ML）传感器的性能。该技术成果发表于《先进材料》（Advanced Materials）期刊。
机械发光材料由于其在机械刺激下无需外部电源即可发光的特性，在触觉传感器、医疗运动监测和微尺度体感检测等应用中展现出巨大潜力。然而，其发射光谱范围较宽，导致分辨率受限，并在传感过程中引入噪声，阻碍了其在实际系统中的广泛应用。
为解决这一技术瓶颈，崔教授团队在ZnS:Cu材料表面涂覆了共轭聚合物聚（9,9-二氟己基-2,7-联噻吩并[3,2-b]噻吩）（F8BT），有效抑制了490纳米以下的发射，将光谱的半高宽从94纳米大幅缩减至55纳米。
传统的色彩过滤通常会削弱发光强度，但此系统中，F8BT壳层在执行滤色功能的同时，还通过机械刺激激发光致发光，实现了强度补偿。这一双重功能不仅显著抑制了蓝光区域的高噪声，还增强了传感器在无电源环境下的分辨率。
研究团队进一步构建了一种基于ZnS:Cu@F8BT的机械发光色彩追踪系统，成功实现了对蓝光与绿光信号的精准区分，验证了该方法在光谱分辨率方面的突破。
该技术为可穿戴设备在太空、海洋等极端环境下的应用提供了可能，例如用于测量宇航员活动的传感器系统，以及基于咀嚼模式控制轮椅的接口装置。在该系统中，左侧咀嚼对应“左转”，中央咀嚼对应“前进”，右侧咀嚼则表示“右转”。
崔孝成教授表示，随着人口老龄化加剧，对低功耗、无电源的压力感应技术需求持续增长，特别是在老年人健康监测和辅助机器人系统中。这项研究有望成为机器人技术和生物医学工程中新型应力-光传感器的有力候选。
从长远来看，该技术为能量收集型传感器及将机械能转化为光能的接口设计提供了新方向，是一种减少电池依赖和电子废弃物的绿色方案。凭借其高色纯度和稳定的光学解码能力，该传感器可在无外部电源条件下长时间运行，仅需相机或光电二极管即可读取，适用于灾害现场、深海探测、偏远设施和太空任务等电力受限场景。
展望未来五至十年，这项创新有望推动无电池、高分辨率传感器网络的普及，覆盖从显示设备、可穿戴技术到工业安全监测等多个领域。
“我们的技术让我们得以畅想一个机械发光主导的未来，”崔教授总结道，“集成机械发光材料的衣物与鞋类可以响应人体运动并发出光线，为夜间跑步提供安全保障，同时兼具时尚元素。此外，基于机械发光的应急装备，如救生衣和保温毯，也能够在电力中断的情况下发送求救信号，为灾难救援提供新工具。”
更多信息：Hong In Jeong 等人，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