JP3918051B2 - メカノルミネッセンス材料及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械的な外力を加えることによって発光する新規なメカノルミネッセンス材料及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、物質が外部からの刺激を与えられることによって、室温などの低温度で可視光や可視域付近の光を発光する現象は、いわゆる蛍光現象としてよく知られている。このような蛍光現象を生じる物質、すなわち蛍光体は蛍光ランプなどの照明灯やCRT(Cathode Ray Tube)いわゆるブラウン管などのディスプレイとして使用されている。
この蛍光現象を生じさせる外部からの刺激は、通常、紫外線、電子線、X線、放射線、電界、化学反応などによって与えられているが、これまで、機械的な外力などの刺激によって発光する材料については、あまり研究されていなかった。
【0003】
本発明者らは、先に非化学量論的量組成を有するアルミン酸塩の少なくとも1種からなり、かつ機械的エネルギーによって励起されたキャリアーが基底状態に戻る際に発光する格子欠陥をもつ物質、又はこの母体物質中に希土類金属イオン及び遷移金属イオンの中から選ばれた少なくとも1種の金属イオンを発光中心の中心イオンとして含む物質からなる高輝度応力発光材料(特開2001−49251号公報)及びY2SiO5、Ba3MgSi2O8、BaSi2O5を母体材料とした発光材料(特開2000−313878号公報)を提案したが、これらの発光材料は、実用に供するには、まだその発光強度が十分ではない上に、使用できる母体材料の範囲が限定されているため、利用分野が制限されるのを免れなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情のもとで、これまでのメカノルミネッセンス材料とは異なる母体材料を用いることにより、発光強度を高め、さらに利用分野の拡大をはかることを目的としてなされたものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、従来のメカノルミネッセンス材料とは異なる母体材料を用いた新規なメカノルミネッセンス材料を開発するために鋭意研究を重ねた結果、ある種のストロンチウム及びアルミニウム含有複合金属酸化物を母体材料として用い、それに所定の金属を発光中心としてドープさせると、新規なメカノルミネッセンス材料が得られ、しかもこの中には、非常に高い発光強度を示すものがあることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
【0006】
すなわち、本発明は、組成式
SrMgAl6O11
SrLaAl 3 O 7
又は
SrYAl3O7
で示されるストロンチウム及びアルミニウム含有複合金属酸化物を母体材料とし、ユウロピウムを発光中心としてなるメカノルミネッセンス材料、及び組成式
SrMgAl6O11 (I)
SrLaAl 3 O 7 (II)
又は
SrYAl3O7 (III)
で示されるストロンチウム及びアルミニウム含有複合金属酸化物に相当する割合の各成分金属の塩又は酸化物の粉末に、フラックスとともにユウロピウムの塩又は酸化物を、金属原子換算で0.0001〜20モル%になる割合で添加し、混合したのち、還元雰囲気中、400〜1800℃において焼成することを特徴とするメカノルミネッセンス材料の製造方法を提供するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明のメカノルミネッセンス材料において、母体材料を構成するストロンチウム及びアルミニウム含有複合金属酸化物は、前記組成式(I)又は(II)で表わされる組成を有する。
【0008】
【0009】
【0010】
次に、これらの母体材料に発光中心としてドープさせる希土類金属又は遷移金属としては、機械的エネルギーによって励起されたキャリアが基底状態に戻る際に発光するものであることが必要であり、本発明においてはユウロピウムが用いられる。
【0011】
【0012】
この発光中心となるユウロピウムは、母体材料中に金属原子換算で0.0001〜20モル%になる割合で含有させることが必要である。この量が0.0001モル%未満では、発光強度の向上が不十分であるし、また20モル%よりも多くなると母体材料の結晶構造が維持できなくなり、発光効率が低下する。好ましい含有割合は0.1〜5.0モル%の範囲である。
【0013】
本発明のメカノルミネッセンス材料は、例えば前記組成式(I)又は(II)で表わされる複合金属酸化物を形成しうる各成分金属の塩又は酸化物の粉末をそれぞれの一般式の組成に対応する割合で混合し、ホウ酸のようなフラックス5〜20質量%とともに、ユウロピウムの塩又は酸化物を金属換算0.0001〜20モル%、好ましくは0.1〜5.0モル%の割合で加え、混合したのち、還元雰囲気中、400〜1800℃、好ましくは800〜1500℃の温度で焼成し、発光中心をドープすることによって製造することができる。この際の還元雰囲気としては、水素ガス又は水素ガスと不活性ガス、例えば窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオンとの混合ガス雰囲気が用いられる。また、焼成時間は通常1〜10時間の範囲である。
【0014】
この際用いる複合金属酸化物を形成しうる各成分金属の塩又は酸化物としては、例えばSr、Mg、La、Yなどの炭酸塩、硝酸塩、塩酸塩、酢酸塩などや、これらの金属又はAlの酸化物を挙げることができる。また、発光中心となるユウロピウムの塩としては、例えば硝酸塩や塩酸塩を挙げることができる。
【0015】
このようにして得られた本発明のメカノルミネッセンス材料の発光強度は、励起源となる機械的な作用力の性質に依存するが、一般的には加えた機械的な作用力が大きいほど高くなる傾向がある。したがって、発光強度を測定することによって、発光材料に加えられている機械的な作用力を求めることができ、これによって、材料に負荷された応力を無接触で検知できる。
【0016】
本発明のメカノルミネッセンス材料は、その塗膜を基材の表面に設けることにより、積層材料とすることができる。
この基材については特に限定されないが、その材質として、例えば石英、シリコン、グラファイト、プラスチックス、金属、セメントなどが挙げられる。
【0017】
【実施例】
次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
【0018】
実施例1
SrCO3とMgCO3とAl2O3とをそれぞれ平均粒径約10μmの粉末状で母体材料のSrMgAl6O11に相当する割合で混合し、さらにフラックスとしてのホウ酸粉末(平均粒径10μm)20モル%と発光中心となるEu2O3粉末(平均粒径10μm)0.5モル%(金属換算)を加えてよく混合し、水素5体積%を含有アルゴン雰囲気中、1300℃において4時間焼成することによりメカノルミネッセンス材料を製造した。
次に、このメカノルミネッセンス材料をエポキシ樹脂をバインダーとしてペレット化し、試料を調製した。
この試料について、万力を用いて150Nの機械的作用を印加し、その際の発光強度の経時的変化をグラフとして図1に示す。このものは、肉眼でも明確に確認できるほどの強い緑色光を発した。この時の最大発色光度(cps)を表1に示す。
次に、この試料について印加する荷重を変えて発光状態を観察し、その応力依存性を調べた。この結果をグラフとして図2に示す。
この図から分るように、発光強度は応力に依存し、荷重の増加とともに増大した。このことから、発光強度を測定することにより、印加された応力の大きさを評価しうることが分る。
【0019】
比較例
実施例1においてEu粉末を加えずに、他は全く同じ条件でメカノルミネッセンス材料を製造し、実施例1と同様にして最大発色強度を測定した。その結果を表1に示す。
【0020】
実施例2〜3
実施例1と同様にして、表1に示す母体材料を用い、Euを中心としてメカノルミネッセンス材料を製造した。その最大発光強度を測定し、その結果を表1に示す。
【0021】
【表1】
【0022】
この表から分るように、発光中心金属をドープすることにより発光強度は著しく増大する。
【0023】
【発明の効果】
本発明によれば、摩擦力、せん断力、衝撃力、圧力などの機械的な外力によって効果的に発光する新規なメカノルミネッセンス材料を得ることができる。また、上記機械的な外力をそれが作用する材料自体の発光により、直接光に変換することができるため、全く新しい発光素子そしての利用の可能性など、広い応用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のメカノルミネッセンス材料の1例について機械的作用力を印加した際の発光強度の経時変化を示すグラフ。
【図2】 本発明のメカノルミネッセンス材料の1例についての、印加した荷重と発光強度との関係を示すグラフ。
Claims (2)
- 組成式
SrMgAl6O11
SrLaAl 3 O 7
又は
SrYAl3O7
で示されるストロンチウム及びアルミニウム含有複合金属酸化物を母体材料とし、ユウロピウムを発光中心としてなるメカノルミネッセンス材料。 - 組成式
SrMgAl6O11
SrLaAl 3 O 7
又は
SrYAl3O7
で示されるストロンチウム及びアルミニウム含有複合金属酸化物に相当する割合の各成分金属の塩又は酸化物の粉末に、フラックスとともにユウロピウムの塩又は酸化物を、金属原子換算で0.0001〜20モル%になる割合で添加し、混合したのち、還元雰囲気中、400〜1800℃において焼成することを特徴とするメカノルミネッセンス材料の製造方法。
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