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
韩国与英国合作团队研发了一种新型机械发光（ML）传感器，该传感器采用双功能聚合物外壳，有效解决了传统材料发射光谱过宽、噪声干扰严重的问题。该研究由汉阳大学崔孝成教授领导，成果发表于《Advanced Materials》。图片来源：汉阳大学崔孝成。
机械发光材料因其在触觉传感器中的独特优势而备受关注，尤其适用于咬合控制用户界面、医疗运动监测以及透体微感测等应用。这类材料在受到机械刺激后能够自主发光，无需外部电源，具有良好的应用前景。然而，由于其宽泛的发射光谱，导致分辨率下降，且在传感器系统中容易引入噪声，因此亟需进一步的技术突破。
为应对这一挑战，研究团队引入了一种色滤波策略，通过在ZnS:Cu材料表面涂覆共轭聚合物聚（9,9-二甲氟烯-替代苯并噻二唑）（F8BT），实现对特定波长光的筛选。该工艺有效抑制了490纳米以下的光发射，将发射光谱的半高全宽从94纳米降低至55纳米，显著提升了光谱纯度。
在常规的色滤波方案中，光强度往往会下降，但该方案展现出独特优势：F8BT层不仅具备光筛选功能，同时还能通过ML过程诱导光致发光，从而补偿发射强度的损失。这种双功能特性使F8BT壳体在降低蓝色波段高强度噪声的同时，提高了无源触觉控制器的分辨率。
研究团队进一步开发了一种基于ZnS:Cu@F8BT的光感追踪系统，作为概念验证。该系统成功区分了蓝色与绿色的机械发光信号，展现出色的光谱分辨率，证实了色度滤波策略的可行性。
该技术有望在多个领域实现商业化应用，特别是在太空环境中，可用于可穿戴设备监测宇航员活动；在医疗领域，可用于基于咀嚼动作的轮椅控制器，例如左侧咀嚼代表“左转”，中咀嚼表示“前进”，右侧咀嚼表示“右转”。
崔孝成教授表示，随着人口老龄化的加剧，对无电源、环保型压力感应技术的需求将不断上升。这些技术在运动监测和辅助机器人领域具有广泛的应用潜力。该系统有望成为下一代机器人和生物医学工程中应力-光学感应技术的替代方案。
从长远来看，这项创新有助于推动能量收集传感器的发展，实现将机械能转化为光能的接口，减少对传统电池的依赖，从而降低电子废弃物产生。凭借其高色纯度和稳定的光学解码能力，该技术可在无外部电源的情况下运行，并通过相机或光电二极管进行读取，特别适用于灾后救援、偏远地区、深海探测及太空任务等电力资源受限的环境。
研究团队预测，在未来五到十年内，这一突破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、可穿戴设备以及工业安全系统。
崔教授总结道，这项技术激发了对未来机械发光世界的新想象。ML材料与织物和鞋类的集成，能够实现运动响应式发光，为夜间跑步提供安全提示，兼具功能与美观。此外，基于ML的救援与防护装备，如救生衣和保温毯，可在无电力供应的灾难现场发送求救信号。
更多详情可见：Hong In Jeong 等，《基于共轭聚合物壳层的双功能色滤波策略用于高精度机械发光触觉传感器》，发表于《Advanced Materials》（2025），DOI: 10.1002/adma.202508917。
期刊信息：Advanced Materials
本文由汉阳大学提供。