応力制御型光スイッチの研究開発

• 研究課題/領域番号: 16F16076
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 外国
• 研究分野: 構造・機能材料
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 徐 超男 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 総括研究主幹 (70235810)
• 研究分担者: 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
• 研究期間 (年度): 2016-04-22 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円); 2017年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2016年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
• キーワード: 応力消光 / 応力発光 / 光スイッチ

研究実績の概要

本研究では、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る、多重応力負荷により安定的である。残光寿命と応力発光強度と組み合わせると、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を観察される。この研究成果は単細胞イメージングと低歪み応力探知等に応用可能である。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Tailoring bandgap and trap distribution via Si or Ge substitution for Sn to improve mechanoluminescence in Sr3Sn2O7:Sm3+ layered perovskite oxide (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Li, C.N. Xu, D. Tu, X. Chai, X.S. Wang, L. Liu, E. Kawasaki
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 145 ページ: 462-469
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2017.12.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanoluminescence enhancement of the layered-structure compound Sr₃Sn₂O₇:Sm³⁺ by H₃BO₃ addition (2017)
  • 著者名/発表者名: D. Tu, C.N. Xu, R. Hamabe, L. Liu, J. Li, A. Yoshida
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 125 号: 11 ページ: 811-813
  • DOI: 10.2109/jcersj2.17068
  • NAID: 130006192226
  • ISSN: 1348-6535, 1882-0743
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of H₃BO₃ addition on mechanoluminescence property of SrAl₂O₄:Eu²⁺ (2017)
  • 著者名/発表者名: D. Tu, R. Saito, A. Yoshida, L. Liu, C.N. Xu
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 125 号: 8 ページ: 648-651
  • DOI: 10.2109/jcersj2.17090
  • NAID: 130005878358
  • ISSN: 1348-6535, 1882-0743
  • 査読あり
• [雑誌論文] LiNbO3:Pr3+: a multi-piezo material with simultaneous piezoelectricity and sensitive piezoluminescence (2017)
  • 著者名/発表者名: Dong Tu, Chao-Nan Xu, Akihito Yoshida, Masayoshi Fujihala, Jou Hirotsu, Xu-Guang Zheng
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: なし 号: 22 ページ: 1606914-1606914
  • DOI: 10.1002/adma.201606914
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Lifetime-based measurement of mechanical load using mechanical-quenching of CaZnOS:Cu (2017)
  • 著者名/発表者名: Dong Tu, Chao-Nan Xu
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 125 号: 6 ページ: 438-440
  • DOI: 10.2109/jcersj2.17036
  • NAID: 130006496741
  • ISSN: 1348-6535, 1882-0743
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mechanoluminescence properties of red-emitting piezoelectric semiconductor MZnOS:Mn²⁺ (M = Ca, Ba) with layered structure (2016)
  • 著者名/発表者名: Dong Tu, Dengfeng Peng, Chao-Nan Xu, Akihito Yoshida
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 124 号: 6 ページ: 702-705
  • DOI: 10.2109/jcersj2.15301
  • NAID: 130005155657
  • ISSN: 1348-6535, 1882-0743
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Reversible tuning of mechano-optical conversion with Cu concentration in CaZnOS (2017)
  • 著者名/発表者名: 塗東、徐超男
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2017年年会
  • 発表場所: 日本大学駿河台キャンパス(東京都千代田区）
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] Sensitive Piezoluminescence in the Multipiezo Material LiNbO3:Pr3+ (2017)
  • 著者名/発表者名: 塗東、徐超男、藤原理賀、鄭旭光
  • 学会等名: 公益社団法人日本セラミックス協会 第30回秋季シンポジウム
• [学会発表] Controllable conversion of the mechanical quenching and mechanoluminescence in phosphorescent CaZnOS:Cu (2017)
  • 著者名/発表者名: D. Tu, C.N. Xu, Y. Fujio
  • 学会等名: 3nd International Conference on Mechanoluminescence and Novel Structural Health Diagnosis
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 組成制御による応力発光体LiNbO3:Pr3+の特性評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 廣津丈、塗東、藤原理賀、王瑞平、徐超男
  • 学会等名: 公益社団法人日本セラミックス協会 第30回秋季シンポジウム
• [学会発表] Novel mechanoluminescence materials with a Ruddlesden-Popper-type layered perovskite structure (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Ishiyone, D. Tu, C.N. Xu
  • 学会等名: 3nd International Conference on Mechanoluminescence and Novel Structural Health Diagnosis
  • 国際学会
• [学会発表] Improvement of Elastico-Luminescence property in LiNbO3:Pr3+ by composition control (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Hirotsu, D. Tu, M. Fujihara, W. Ruiping, X.G. Zheng, C.N Xu
  • 学会等名: 3nd International Conference on Mechanoluminescence and Novel Structural Health Diagnosis
  • 国際学会
• [学会発表] Tunable mechano-optical conversion in phosphorescent CaZnOS:Cu (2016)
  • 著者名/発表者名: 塗東、藤尾侑輝、吉田晃人、徐超男
  • 学会等名: 第36回エレクトロセラミックス研究討論会
  • 発表場所: ユニオンビル（神奈川県川崎市）
  • 年月日: 2016-10-14
• [産業財産権] 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 (2017)
  • 発明者名: 徐超男、塗東
  • 権利者名: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2017
  • 外国
• [産業財産権] 応力発光材料及び同応力発光材料を含有する塗料、応力発光体並びに応力発光材料の製造方法 (2017)
  • 発明者名: 徐超男、塗東
  • 権利者名: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2017
  • 外国
• [産業財産権] 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)
  • 発明者名: 徐超男、塗東
  • 権利者名: 国立研究開発法人 産業技術総合研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-200954
  • 出願年月日: 2016-10-12