Ученые создали материал для локального подвода тепла с контролем нагрева
Механолюминесцентный материал, который можно с помощью ультразвука использовать для создания локального подвода тепла с контролем температуры, создали ученые-материаловеды из Университета Фридриха Шиллера в Йене, Германия, 17 июня сообщает сайт новостей науки EurekAlert со ссылкой на пресс-службу университета.
Известно свойство некоторых материалов, называемых механолюминесцентными под внешним механическим воздействием испускать электромагнитное излучение в диапазоне видимого или невидимого света.
При этом возбуждение может быть вызвано, например, сгибанием материала, легким надавливанием на него или бесконтактно — ультразвуком. Последний способ позволяет запускать процесс люминесценции удаленно и в таком месте, которое недоступно для прямого нагрева, например, в человеческом теле. В этом случае бывает важно оперативно следить за температурой места нагрева.
Поэтому, поясняет профессор Лотар Вондрачек из Йенского университета, их группу исследователей «изначально интересовали сенсорные материалы в виде сверхмелких частиц, введение которых в изучаемую среду может обеспечить обратную связь, позволяющую судить о том, как ультразвук взаимодействует с этой средой».
Для реализации этой цели исследователи из Йены объединили оксисульфидный полупроводник CaZnOS с редкоземельным оксидом эрбия Er₂O₃. Исследования нового материала показали, что полупроводниковая структура CaZnOS поглощает механическую энергию, создаваемую ультразвуковым возбуждением и преобразовывает ее в тепловую, а Er₂O₃ обеспечивает излучение света.
При этом температуру можно считывать по спектру этого света с помощью оптической термометрии.
«Это означает, что мы можем стимулировать повышение температуры извне, измерять его по характеристикам светового излучения и, таким образом, устанавливать полную схему управления», — объясняет Вондрачек.
Механолюминесцентные материалы, с помощью которых можно дистанционно управлять излучением света, регулируя температуру нагрева, могут иметь совершенно новые области применения, в том числе в медицине, например, в виде очень мелких частиц.
По словам материаловеда Вондрачека, «одной из возможных областей применения может быть фотодинамическая терапия, в которой свет используется для управления фотофизическими процессами, которые могут помочь организму в лечении».
Поскольку биологическая ткань прозрачна для инфракрасного излучения, во время лечения можно снаружи задавать и контролировать желаемую температуру внутри организма. «Однако такие идеи всё еще находятся в зачаточном состоянии, — отметил Вондрачек. — Для того чтобы применить их на практике, всё еще необходимы очень обширные исследования».
Но можно использовать полученный материал в других приложениях. Например, его можно использовать в качестве невидимой закодированной маркировки на поверхности материала.
Или же тогда, когда свет и тепло должно целенаправлено направляться в темные места. Так, с помощью такого материала можно в определенный момент запускать, наблюдать и контролировать фотосинтез или другие реакции, управляемые светом.
