日本北海道大學和關西學院大學與愛沙尼亞塔爾圖大學等組成的研究團隊開發出了可以透過發光來記憶所受力量的材料。這種液體材料被劃過或者撞擊到物體的部分會變成固體並發出綠光,並能看到力的刺激。預計該技術可用於汽車和建築物的碰撞類比實驗等,計劃5年内投入實際應用。
向液體狀態的材料(左)施加力,僅受力部分變成固體並發光(供圖:北海道大學吉田將己助教)
新開發的是由鉑和有機物質構成的金屬錯合物材料之一。如果精密地設計分子,金屬錯合物能以高效率發光,並且還易於控制發光的顏色。有望被用於電視和智慧型手機用有機EL顯示螢幕等領域。
此次開發的材料在室溫下爲膜狀固體,發明亮的綠色光,但用烘乾機等加熱至53℃時會熔化,變成不發光的液體。之後即使再次冷卻至熔點53℃以下也不會立即恢復到固體狀態。然而,如果表面被劃過或撞到什麼物體上時,只有受力部分會瞬間凝固,並再次發出綠色光。這是一種名爲過冷的物理可用能現象,「冷卻至熔點以下的酒在被倒入容器中時瞬間凍結,新材料的原理與餐飲店的這種表演相同」(北海道大學的吉田將己助教)。
利用這種特性能視覺化材料受到的力,並有望應用於衝擊類比等。
例如,可以將這種材料噴塗到汽車或飛機模式上,使其形成一層膜。高溫熔化後,當行駛或飛行程序中刮強風等情況施加力的刺激後,可透過發光情況瞭解材料的哪個部分受到了什麼樣的力。即使材料變回固體,也可以透過加熱熔化反復使用。
爲便於作爲材料使用,此前也開發過將金屬錯合物熔化製成膜狀的方法,但是需要高溫和真空成膜環境,以及大量有機溶劑等。研究團隊透過在金屬錯合物中添加特殊陽離子,成功實施了低溫熔化。
爲了實施實際應用,需要將材料的熔點降至室溫水平。目前熔點爲53℃,大大高於室溫,因此如果不加處理,材料最終會整體冷卻凝固。僅受力部凝析固發光的狀態只能保持大約一晩。如果能透過改良混合的陽離子等降低熔點,這種發光狀態就可以保持更長時間。
該材料也還有改進成本的空間。目前使用鉑,價格比較昂貴,因此計劃用其他金屬的錯合物來代替。研究團隊希望開發出一種,不僅能對物理可用能力的刺激做出反應,還能對磁場和蒸汽等的刺激也能做出反應並視覺化的材料。
日文:三隅勇氣、《日經產業新聞》,2022/5/23
中文:JST客觀日本編輯部