Investigadores han creado un nuevo vidrio cerámico que emite luz en respuesta a la tensión mecánica, una propiedad conocida como mecanoluminiscencia. Con un mayor desarrollo, el nuevo material podría utilizarse para crear una fuente de luz que se encienda con la tensión mecánico, pudiéndose utilizar para controlar las tensiones o fracturas peligrosas en edificios, puentes y otras estructuras, así como la monitorización de posibles articulaciones artificiales en el cuerpo. 

“La mayoría de materiales que presentan mecanoluminiscencia sea han fabricado en forma de polvo, que no es muy versátil. Hemos diseñado un material vidrio cerámica con mecanoluminiscencia, que permite utilizar enfoques de procesamiento similares a los del vidrio para formar prácticamente cualquier forma, incluida la fibra, las perlas o las microesferas, y así incorporarse a diversos componentes y dispositivos”, explica el jefe del equipo de investigación, Lothar Wondraczek, de la Universidad Friedrich Schiller de Jena (Alemania).

La investigación se recoge en un número especial de Optical Materials Express que conmemora el Año Internacional del Vidrio 2022 de las Naciones Unidas, que celebra el papel esencial que desempeña el vidrio en la sociedad.

El nuevo vidrio cerámico altamente transparente está hecho de cristales de galato de zinc (ZGO) dopados con cromo e incrustados en una matriz de vidrio de germanato de potasio. Estos cristales confieren al material sus propiedades mecanoluminiscentes, pero son tan pequeños que no afectan notablemente la transparencia visual del vidrio. 

Mecanolumiscencia en un material más práctico

Además de ser difíciles de moldear en diversas geometrías, los polvos mecanoluminiscentes requieren pasos adicionales de procesamiento, como la encapsulación en un material matriz. Para crear un material más práctico, los investigadores recurrieron a los vidrios cerámicos. 

Los vidrios cerámicos son un tipo de material relativamente nuevo que consiste en un material cristalino incrustado en una matriz de vidrio. Los cristales pueden utilizarse para dar a estos materiales propiedades muy específicas, mientras que la matriz de vidrio permite darles forma con muchos de los mismos procesos utilizados para el vidrio.

Los investigadores crearon el vidrio-cerámico mecanoluminiscente desarrollando un proceso de cristalización excepcionalmente rápido y estable que permite que los diminutos cristales de ZGO se precipiten de forma homogénea en el interior del vidrio tras darle forma. Demostraron que los materiales emitían luz bajo tensión mecánica mediante la prueba de la gota esférica, una forma estándar de impartir una fuerza de impacto conocida a un material. 

«Comprobamos que la respuesta de mecanoluminiscencia era reproducible y recargable y que presentaba una correlación directa con la energía de impacto», detalla Wondraczek.

Ahora que han demostrado las propiedades de emisión de luz del material, planean adaptar la composición del vidrio para que pueda formarse en objetos tipo lámina, fibra óptica y perlas esféricas a microescala y luego explorar cómo podrían utilizarse en componentes y dispositivos. También pretenden aprovechar otras características comúnmente atribuidas a los vidrios-cerámicos, como la estabilidad térmica, química y mecánica, para obtener nuevas funciones de los materiales vítreos.

«Nuestro trabajo podría ayudar a los materiales mecanoluminiscentes a encontrar un uso generalizado en diversas aplicaciones, como las etiquetas de productos que emiten luz y los códigos de seguridad. También encaja bien con el Año Internacional del Vidrio al demostrar la amplia versatilidad y las inesperadas propiedades de los materiales vítreos», concluye Wondraczek.

Créditos de imagen: Lothar Wondraczek, Friedrich Schiller University Jena