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2016 Fiscal Year Annual Research Report

応力制御型光スイッチの研究開発

Research Project

Project/Area Number 16F16076
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

徐 超男  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 製造技術研究部門, 総括研究主幹 (70235810)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) TU DONG  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 製造技術研究部門, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2016-04-22 – 2018-03-31
Keywords応力消光 / 応力発光 / 光スイッチ
Outline of Annual Research Achievements

研究代表者らは、新規機能性材料である応力消光体(CaZnOS:Cu)の研究開発を進めてきた。応力消光体(CaZnOS:Cu)は、残光の減衰時間の変化に関して、Cuの低濃度領域では、応力負荷により、応力消光から応力発光へと変化し、Cuの高濃度領域では、応力発光から応力消光へと変わる特異な現象を示すことがわかった。この現象を解明するため、他の遷移金属(Mn、Agなど)をドープした材料を新たに合成した。その結果、CaZnOS:Mnは応力発光を、CaZnOS:Agは応力消光を示すことがわかった。
さらに上記の研究を進めていくことで、残光寿命を新たな評価要素として導入し、CaZnOS:Cuの応力消光の性能を分析した。これにより、応力消光の原理が解明され、効果的な電子トラップ制御も可能となった。この研究成果は、応力消光体の開発のみならず、全ての蛍光体の基礎研究、および、効率向上に対しても重要な手がかりとなると予想される。
また、開発された応力消光と応力発光の両機能を有する材料の応用例としては、光メモリ、光ストレージ等の開発も可能となり、独自の応力発光技術と応力消光技術を組み合わせることによって、光調整可能な新規光スイッチの創出の可能性が期待される。
将来的には、この新しい光スイッチの機能性を利用して、精密加工機器や医療機器のフィードバック制御、ならびに、航空機や高速鉄道車両等の応力負荷箇所において、新規な計測手段として使用されることが期待される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初の計画では、応力消光と応力発光の技術を組み合わせ、機械的に誘起された新しい光スイッチを開発するとしている。具体的には、(1)新規応力消光材料の開発、(2)応力消光の原理分析、(3)光スイッチの創出である。新規応力消光材料の開発において、これまでに唯一の応力消光材料としてCaZnOS:Cuを開発した。また、遷移金属イオンAgを半導体材料CaZnOSの中に導入すると、応力消光の現象を示すことが発見された。更に、残光寿命を評価要素として導入し、CaZnOS:Cuの応力消光の性能を分析した。CaZnOS:Cuの残光寿命は応力消光強度と異なり、多重応力負荷に対して安定的である。残光寿命と応力発光強度とを組み合わせると、高精度の応力センシングとフィードバック応力測定ができる。また、進捗にともない、無閾値の高感度な応力発光材料LiNbO3:Pr3+を開発できた。100μst以下の応力でも十分な応力発光強度が観測される。この研究成果は単細胞イメージングや低歪み応力探知等に応用可能である。

Strategy for Future Research Activity

1.Cu高濃度材料とCu低濃度材料に関して、まず、シンクロトロン光を用い、結晶の精密構造解析を行い、Cuイオンの配位状態を解析する。そして、同じシンクロトロン光を用いて、EXAFSやXANES等によりCuイオンの局所構造を解析する。さらに、応力消光に関するエネルギー遷移の状態の理論計算も行い、応力発光と応力消光のメカニズムの解明を行う。
2.開発された材料を用いて、応力負荷により発光と消光を行う光スイッチのデバイス作成を行う。

  • Research Products

    (6 results)

All 2017 2016

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] LiNbO3:Pr3+: a multi-piezo material with simultaneous piezoelectricity and sensitive piezoluminescence2017

    • Author(s)
      Dong Tu, Chao-Nan Xu, Akihito Yoshida, Masayoshi Fujihala, Jou Hirotsu, Xu-Guang Zheng
    • Journal Title

      Advanced Materials

      Volume: - Pages: 1606914

    • DOI

      10.1002/adma.201606914

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Lifetime-based measurement of mechanical load using mechanical-quenching of CaZnOS:Cu2017

    • Author(s)
      Dong Tu, Chao-Nan Xu
    • Journal Title

      Journal of the Ceramic Society of Japan,

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.2109/jcersj2.17036

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Mechanoluminescence properties of red-emitting piezoelectric semiconductor MZnOS:Mn2+ (M = Ca, Ba) with layered structure2016

    • Author(s)
      Dong Tu, Dengfeng Peng, Chao-Nan Xu, Akihito Yoshida
    • Journal Title

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      Volume: 124 Pages: 702-705

    • DOI

      10.2109/jcersj2.15301

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Reversible tuning of mechano-optical conversion with Cu concentration in CaZnOS2017

    • Author(s)
      塗東、徐超男
    • Organizer
      日本セラミックス協会2017年年会
    • Place of Presentation
      日本大学駿河台キャンパス(東京都千代田区)
    • Year and Date
      2017-03-17
  • [Presentation] Tunable mechano-optical conversion in phosphorescent CaZnOS:Cu2016

    • Author(s)
      塗東、藤尾侑輝、吉田晃人、徐超男
    • Organizer
      第36回エレクトロセラミックス研究討論会
    • Place of Presentation
      ユニオンビル(神奈川県川崎市)
    • Year and Date
      2016-10-14
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 応力発光材料、及び応力発光体、並びに応力発光材料の使用2016

    • Inventor(s)
      徐超男、塗東
    • Industrial Property Rights Holder
      国立研究開発法人 産業技術総合研究所
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2016-200954
    • Filing Date
      2016-10-12

URL: 

Published: 2018-01-16  

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