ひずみで强く光る铅フリー新材料の発光メカニズムを解明 インフラの老朽化をモニタリングするセンサなどの开発指针に

ひずみで强く光る铅フリー新材料の発光メカニズムを解明　インフラの老朽化をモニタリングするセンサなどの开発指针に

2025年9月16日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇国际放射光イノベーション?スマート研究センター
助教　二宫翔

〇国际放射光イノベーション?スマート研究センター　
（兼务）多元物质科学研究所
教授　西堀麻衣子

【発表のポイント】

有害な铅を含まず机械的な応力で光る新しいセラミックス材料が、特定の组成で発光が着しく増强される仕组みを原子レベルで初めて解明しました。
本成果は、インフラの劣化诊断センサや自己発电型デバイスなどに応用される高性能な机能性材料の、新たな开発指针を示すものです。

【概要】

桥梁やビルなど长年の使用で劣化したインフラが壊れる事故が各地で起きています。人手をできるだけ使わずに事故を未然に防ぐ手段として、机械的な力が加わると発光する応力発光（メカノルミネッセンス：惭尝）(注1)　センサで安全管理するシステムの开発が进められています。

东北大学国际放射光イノベーション?スマート研究センターの二宫翔助教と西堀麻衣子教授、同大学大学院工学研究科の徐超男教授の共同研究グループは、特定の组成で惭尝强度が异常に増强される铅フリーの新しい多机能材料であるプラセオジム添加ニオブ酸リチウムナトリウム（尝颈???狈补?狈产翱?:笔谤）に着目し、これまで谜だった强い発光のメカニズムを原子レベルで初めて解明しました。

大型放射光施设（注2）を用いて精密な分析を行った结果、材料の结晶构造が変化する境界领域（モルフォトロピック相境界：惭笔叠（注3））に生じる原子配列の特殊なゆがみと、意図的に导入される酸素欠陥（注4）が相乗的に作用し、発光性能を飞跃的に向上させていることを突き止めました。本研究成果は、桥梁などのインフラの劣化を可视光で诊断する超高感度センサや、自己発电型のウェアラブルデバイスなど、未来のスマート社会を実现する高性能な多机能材料の设计に新たな道を开くと期待されます。

本成果は9月10日付（米国時間）で、米国化学会が発行する電子材料専門誌ACS Applied Electronic Materialsに掲載されました。

図1. Li???Na?NbO?:Pr材料の組成と発光強度の関係。材料に含まれるNaの比率（横軸）を精密に制御すると、特定の組成（x=0.9付近、黄色の領域）で応力発光の強度（ML強度、青線）が急激に増大する様子。この領域では、原子配列の特殊なゆがみと酸素欠陥が最大化しており、両者の相乗効果で発光が強くなることを突き止めました。

【用语解説】

注1.メカノルミネッセンス（ML）: 材料に機械的な力（圧縮、摩擦、衝撃など）を加えた際に発光する現象。力の可視化センサなどへの応用が期待される。本研究は、弾性域におけるML（応力発光）を対象にしている。

注2.大型放射光施設: 電子を光速近くまで加速させ、その際に発生する非常に明るい光（放射光）を用いて、物質の構造や機能を原子?分子レベルで分析できる研究施設。

注3.モルフォトロピック相境界（MPB）: 材料の組成を変化させた際に、異なる結晶構造が共存する境界領域。この領域では圧電特性などが向上することが知られている。

注4.酸素欠陥: 結晶構造の中で、本来酸素原子があるべき場所から酸素が抜けている状態のこと。材料の電気的?光学的特性に大きな影響を与えることがある。

【论文情报】

タイトル：Atomic-Level Insights into Morphotropic Phase Boundary Effects on Mechanoluminescence in Li???Na?NbO?:Pr Multi-Piezo Materials
著者：Kakeru Ninomiya, Chao-Nan Xu, and Maiko Nishibori
掲載誌：ACS Applied Electronic Materials
顿翱滨：10.1021/补肠蝉补别濒尘.5肠01268
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