客观日本

发光使受力可视化,北海道大学将其用于碰撞模拟实验

2022年06月01日 化学材料

日本北海道大学和关西学院大学与爱沙尼亚塔尔图大学等组成的研究团队开发出了可以通过发光来记忆所受力量的材料。这种液体材料被划过或者撞击到物体的部分会变成固体并发出绿光,并能看到力的刺激。预计该技术可用于汽车和建筑物的碰撞模拟实验等,计划5年内投入实际应用。

title

向液体状态的材料(左)施加力,仅受力部分变成固体并发光(供图:北海道大学吉田将己助教)

新开发的是由铂和有机物构成的金属络合物材料之一。如果精密地设计分子,金属络合物能以高效率发光,并且还易于控制发光的颜色。有望被用于电视和智能手机用有机EL显示屏等领域。

此次开发的材料在室温下为膜状固体,发明亮的绿色光,但用烘干机等加热至53℃时会熔化,变成不发光的液体。之后即使再次冷却至熔点53℃以下也不会立即恢复到固体状态。然而,如果表面被划过或撞到什么物体上时,只有受力部分会瞬间凝固,并再次发出绿色光。这是一种名为过冷的物理现象,“冷却至熔点以下的酒在被倒入容器中时瞬间冻结,新材料的原理与餐饮店的这种表演相同”(北海道大学的吉田将己助教)。

利用这种特性能可视化材料受到的力,并有望应用于冲击模拟等。

例如,可以将这种材料喷涂到汽车或飞机模型上,使其形成一层膜。高温熔化后,当行驶或飞行过程中刮强风等情况施加力的刺激后,可通过发光情况了解材料的哪个部分受到了什么样的力。即使材料变回固体,也可以通过加热熔化反复使用。

为便于作为材料使用,此前也开发过将金属络合物熔化制成膜状的方法,但是需要高温和真空成膜环境,以及大量有机溶剂等。研究团队通过在金属络合物中添加特殊阳离子,成功实现了低温熔化。

title

为了实现实际应用,需要将材料的熔点降至室温水平。目前熔点为53℃,大大高于室温,因此如果不加处理,材料最终会整体冷却凝固。仅受力部分凝固发光的状态只能保持大约一晩。如果能通过改良混合的阳离子等降低熔点,这种发光状态就可以保持更长时间。

该材料也还有改进成本的空间。目前使用铂,价格比较昂贵,因此计划用其他金属的络合物来代替。研究团队希望开发出一种,不仅能对物理力的刺激做出反应,还能对磁场和蒸汽等的刺激也能做出反应并可视化的材料。

日文:三隅勇气、《日经产业新闻》,2022/5/23
中文:JST客观日本编辑部