2013 Fiscal Year Annual Research Report
格子・電荷・光結合系の設計と制御によるフォトニクス機能の進化
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25249100
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
徐 超男 独立行政法人産業技術総合研究所, 生産計測技術研究センター, 研究チーム長 (70235810)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤尾 侑輝 独立行政法人産業技術総合研究所, 生産計測技術研究センター, 研究員 (90635799)
鄭 旭光 佐賀大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40236063)
寺崎 正 独立行政法人産業技術総合研究所, 生産計測技術研究センター, 主任研究員 (00399510)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 応力発光 / 機能材料 / 多機能 / 光特性 / センシング / 発光体 / 損傷診断 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
応力発光（力学刺激による発光）は構造物の健全性診断など安全安心な社会を支える基幹技術への利用が強く期待されている。本研究では、応力発光等フォトニクス機能に及ぼす結晶構造、電荷移動、欠陥の影響とその機構を調べ、増感効果の発現機構を明らかにすることにより、それをもとに画期的なフォトニクス新材料の設計・創出を目指す。具体的には、ミクロ・メゾ物性解明、マクロ物性解明、新材料の設計開発の相互にフィードバックしながら、物理、化学、材料科学、計測技術、計算科学など分野の専門家と緊密に連携して、多角度のアプローチを進める。
（1）物性解明について、理論と実験の両方から、結晶構造や電子構造等の解明で得られたミクロ・メゾ構造の知見と、マクロ物性解明で得た光物性・応力発光特性やフォトクロミズム等との相関について統合的な考察を進めた。第一原理計算、分子動力学計算からの理論解析にも着手した。応力発光体のバンド構造、状態密度および化学結合状態について検討し、SAO, SSO材料の電子構造の解析を進展した。(2)新材料の設計開発について、応力発光体SAOから設計指針・増強方法を抽出し、新規材料SSOやCZOSにこれらの増強方法を転写した。新規材料を設計・合成した結果、赤色応力発光体CaZnOS:Mnをはじめ、様々な力学刺激に応答可能な応力発光体、超残光機能、クロミズム機能、強い近赤外領域の応力発光機能を示す積層化構造を有する発光体の新規創成に成功し、発光機構の解明を進展した。(3)物性解明のため、結晶高度化制御を模索した。偶然にも、従来の合成条件では困難であった単結晶の規則成長が可能であることを発見した。これまでの成果は特許出願、学術論文・国内外学会発表などを多数行っており、そのうちは規則成長の結晶はセラミックス学術写真優秀賞等の表彰を受けた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
力学刺激に対する応答を可能とするため、SAO、SSO、及びCaZnOS系材料を主軸とした材料設計を行った。とりわけ、赤色応力発光体CaZnOS:Mnに代表されるような、超残光機能、クロミズム機能、強い近赤外領域の応力発光機能を示す積層化構造を有する発光体の開発に成功しており、発光機構の解明も進めた。計画以上に進展できた点としては、SAO材料の結晶成長を制御し、ファイバ状単結晶の合成に成功したこと、また、この材料が多種の元素を添加可能な結晶体母体であることを見出したことである。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究課題のうち、SAOE（Eu2+添加アルミン酸ストロンチウムSrAl2O4:Eu2+）応力発光材料に関して予想以上の進展が見られている。応力発光特性の高度化可能な新規材料の開発に成功し、ファイバ状SAOE結晶体をはじめ、さまざまな形状を生成可能であることを発見した。一般的にSAOEは絶縁体であることが知られているが、新規異方成長SAOEは応力発光特性に加えて、優れた電気的な特性を示すことを示唆しており、我々の関心がさらに高まっている。そこで今後の推進方策としては、(1)SAOEファイバのフォトニクス評価（応力発光特性など）だけでなく電子物性の評価（導電性など）を行うため、導電率の計測システムを構築し、電気・光物性の同時評価の手法を検討する。(2)応力発光特性の高度化材料の設計開発を行うため、結晶成長の制御手法と合成パラメータの影響を検討し、合成指針を確立する。(3)異方成長結晶体の形状・サイズの効果を調査し、新規結晶成長体の構造物性の解明を推進すると共にマクロ・メソ・ミクロ物性の相関を検討する。
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