JPH11116946A - 力で発光する無機材料及びその製造法 - Google Patents
力で発光する無機材料及びその製造法Info
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- JPH11116946A JPH11116946A JP30662097A JP30662097A JPH11116946A JP H11116946 A JPH11116946 A JP H11116946A JP 30662097 A JP30662097 A JP 30662097A JP 30662097 A JP30662097 A JP 30662097A JP H11116946 A JPH11116946 A JP H11116946A
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- mechanical energy
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21K2/00—Non-electric light sources using luminescence; Light sources using electrochemiluminescence
- F21K2/04—Non-electric light sources using luminescence; Light sources using electrochemiluminescence using triboluminescence; using thermoluminescence
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】摩擦によって発光する無機の粉体、バルク体及
びその製造方法の提供。 【解決手段】外部からの摩擦力、応力等の機械的エネル
ギーにより電圧を発生するウルツ鉱型構造の無機圧電性
酸化物、硫化物、炭化物及び窒化物の１種類以上からな
る母体材料に、機械的エネルギーで生じた母体内の電界
によってその原子を構成する電子が励起された後、安定
状態に戻る時に発光する希土類又は遷移金属の１種類以
上の発光中心を全体量に対して０．０１〜２０ｗｔ％ま
で添加した粉末無機材料及びバルク無機材料。所定量の
母体材料としての硫化亜鉛と遷移金属発光中心としての
炭酸マンガンの粉末材料とを混合後、真空下で５００℃
まで徐々に昇温し仮焼きする。この段階で炭酸マンガン
は分解して、発光中心となるマンガンイオンが生成され
る。得られた粉末を加圧成形し、石英管に入れて真空封
入した後、１０００℃で焼成する。
びその製造方法の提供。 【解決手段】外部からの摩擦力、応力等の機械的エネル
ギーにより電圧を発生するウルツ鉱型構造の無機圧電性
酸化物、硫化物、炭化物及び窒化物の１種類以上からな
る母体材料に、機械的エネルギーで生じた母体内の電界
によってその原子を構成する電子が励起された後、安定
状態に戻る時に発光する希土類又は遷移金属の１種類以
上の発光中心を全体量に対して０．０１〜２０ｗｔ％ま
で添加した粉末無機材料及びバルク無機材料。所定量の
母体材料としての硫化亜鉛と遷移金属発光中心としての
炭酸マンガンの粉末材料とを混合後、真空下で５００℃
まで徐々に昇温し仮焼きする。この段階で炭酸マンガン
は分解して、発光中心となるマンガンイオンが生成され
る。得られた粉末を加圧成形し、石英管に入れて真空封
入した後、１０００℃で焼成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、応力や摩擦力、衝
撃力などの機械的作用力で発光する新発光材料分野に関
連している。
撃力などの機械的作用力で発光する新発光材料分野に関
連している。
【０００２】
【従来の技術】従来、無機発光材料については電気を直
接利用して発光させるものと、光を照射して発光させる
ものが多く開発されている。例えば、前者には、電場励
起や電子線励起の発光材料があり、後者には放射線や紫
外線励起の発光材料が代表的である。
接利用して発光させるものと、光を照射して発光させる
ものが多く開発されている。例えば、前者には、電場励
起や電子線励起の発光材料があり、後者には放射線や紫
外線励起の発光材料が代表的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】機械的エネルギーによ
って発光する無機材料は研究されていないし、実用化も
されていない。そこで、本発明は機械的な作用力によっ
て強く発光する全く新規な無機材料およびその製造方法
を提供する。
って発光する無機材料は研究されていないし、実用化も
されていない。そこで、本発明は機械的な作用力によっ
て強く発光する全く新規な無機材料およびその製造方法
を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに永年の研究を行った結果、特にウルツ鉱型構造の圧
電体である母体材料に対する発光中心の適切な添加量及
びドープ方法並びに発光中心をドープした母体材料の結
晶化の改善法を見出し、機械エネルギーを光エネルギー
に変換する効率を著しく向上させる事に成功した。
めに永年の研究を行った結果、特にウルツ鉱型構造の圧
電体である母体材料に対する発光中心の適切な添加量及
びドープ方法並びに発光中心をドープした母体材料の結
晶化の改善法を見出し、機械エネルギーを光エネルギー
に変換する効率を著しく向上させる事に成功した。
【０００５】永年の研究によって、母体材料として、圧
電体材料の内、特にウルツ鉱型構造の圧電性物質を用い
た場合の発光強度は他の圧電体物質より比べ強いことが
わかった。これらの構造の圧電性母体は加えられた機械
的エネルギーによって電界が生じ、この電界によって発
光中心を効率良く励起する事ができる。従って、これら
の圧電体を母体材料の候補とすると有利である。ウルツ
鉱型構造グループとしてBeO, ZnO, ZnS, CdS, MnS, Al
N, GaN, InN, TaN, NbN, α-SiCを主成分とする材料が
母体材料に適している。
電体材料の内、特にウルツ鉱型構造の圧電性物質を用い
た場合の発光強度は他の圧電体物質より比べ強いことが
わかった。これらの構造の圧電性母体は加えられた機械
的エネルギーによって電界が生じ、この電界によって発
光中心を効率良く励起する事ができる。従って、これら
の圧電体を母体材料の候補とすると有利である。ウルツ
鉱型構造グループとしてBeO, ZnO, ZnS, CdS, MnS, Al
N, GaN, InN, TaN, NbN, α-SiCを主成分とする材料が
母体材料に適している。
【０００６】また、上記の母体材料に、発光中心を添加
すると、発光強度を飛躍的に向上させることができる。
発光中心をドープするためには、発光中心となる材料と
母体材料とをよく混合した後、まず500-800 oCの低温で
仮焼きし、次に、900-1400 oCの高温で本焼きすること
によって達成される。
すると、発光強度を飛躍的に向上させることができる。
発光中心をドープするためには、発光中心となる材料と
母体材料とをよく混合した後、まず500-800 oCの低温で
仮焼きし、次に、900-1400 oCの高温で本焼きすること
によって達成される。
【０００７】発光中心となる材料は、Ce, Pr, Nd, Pm,
Sm, Eu, Gd, Tb, DyのレアーアースイオンおよびV, Cr,
Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Nb, Mo, Ta, Wの遷移金属イ
オンが適しているが、母体材料の結晶構造によって最適
発光中心は異なる。たとえば、硫化亜鉛においては、Mn
が有効であるが、酸化亜鉛ではレアアースの添加が適し
ている。発光中心となる材料の添加量は0.01〜20wt%の
範囲で選ぶことができる。20wt%以上となると、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
し、実用に供し得ない。
Sm, Eu, Gd, Tb, DyのレアーアースイオンおよびV, Cr,
Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Nb, Mo, Ta, Wの遷移金属イ
オンが適しているが、母体材料の結晶構造によって最適
発光中心は異なる。たとえば、硫化亜鉛においては、Mn
が有効であるが、酸化亜鉛ではレアアースの添加が適し
ている。発光中心となる材料の添加量は0.01〜20wt%の
範囲で選ぶことができる。20wt%以上となると、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
し、実用に供し得ない。
【０００８】また、上記の発光は発光母体材料の結晶性
に強く依存する。発光中心をドープした母体材料の結晶
性が高いほど発光強度が強くなる傾向がある。Ｍｎを添
加したZnSの場合、結晶性を向上させることによって発
光強度は3桁以上も向上させることが可能である。
に強く依存する。発光中心をドープした母体材料の結晶
性が高いほど発光強度が強くなる傾向がある。Ｍｎを添
加したZnSの場合、結晶性を向上させることによって発
光強度は3桁以上も向上させることが可能である。
【０００９】上記の発光は、母体材料と発光中心を組み
合わせることによって様々な波長領域の発光が可能であ
る。例えば、硫化亜鉛母体材料にマンガンを添加する
と、オレンジ色の発光が観察されるが、銅を添加する
と、青色の発光が見られ、肉眼で波長領域の変化が確認
できる。
合わせることによって様々な波長領域の発光が可能であ
る。例えば、硫化亜鉛母体材料にマンガンを添加する
と、オレンジ色の発光が観察されるが、銅を添加する
と、青色の発光が見られ、肉眼で波長領域の変化が確認
できる。
【００１０】上記の発光特性は、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発光強度が強くなる。従って、発
光特性を測定することによって、材料に加えている機械
的な作用力を知ることができる。これによって、材料に
かかる応力状態を無接触で検出できるようになり、広い
分野での応用が期待できる。
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発光強度が強くなる。従って、発
光特性を測定することによって、材料に加えている機械
的な作用力を知ることができる。これによって、材料に
かかる応力状態を無接触で検出できるようになり、広い
分野での応用が期待できる。
【００１１】
【実施例】上述したように、発光強度は機械的な作用力
の強さに強く依存している。従って、発光強度を比較す
る際に、同一な機械的作用下で行う必要がある。実施例
については、発光強度を比較するために、同一摩擦力条
件下の例をまとめている。他の条件についても同様な原
理と方法で実施している。
の強さに強く依存している。従って、発光強度を比較す
る際に、同一な機械的作用下で行う必要がある。実施例
については、発光強度を比較するために、同一摩擦力条
件下の例をまとめている。他の条件についても同様な原
理と方法で実施している。
【００１２】[実施例１]まず実施例１では、硫化物の代
表として硫化亜鉛を母体材料とし、遷移金属発光中心と
してマンガンを０から20wt%に添加した発光材料の例を
示す。発光材料を下記の手順で合成した。はじめに所定
量の硫化亜鉛と炭酸マンガンの粉末材料とをよく混合し
たのち、真空下で５００oCまでゆっくり昇温し仮焼きす
る。この段階で炭酸マンガンは分解して、硫化亜鉛の発
光中心となるマンガンイオンが生成される。次に、得ら
れたマンガンを添加した硫化亜鉛の粉末を加圧成形し、
石英管に入れて真空封入した後、１０００oCで焼成す
る。真空での高温焼成により、マンガンイオンは硫化亜
鉛の結晶構造に入り込みやすくなる。また、硫化亜鉛が
昇華しやすいので、封入することによって、昇華を防
ぎ、結晶性が向上される。さらに、加圧成形することに
より、上記の２つの過程の進行を促進する。
表として硫化亜鉛を母体材料とし、遷移金属発光中心と
してマンガンを０から20wt%に添加した発光材料の例を
示す。発光材料を下記の手順で合成した。はじめに所定
量の硫化亜鉛と炭酸マンガンの粉末材料とをよく混合し
たのち、真空下で５００oCまでゆっくり昇温し仮焼きす
る。この段階で炭酸マンガンは分解して、硫化亜鉛の発
光中心となるマンガンイオンが生成される。次に、得ら
れたマンガンを添加した硫化亜鉛の粉末を加圧成形し、
石英管に入れて真空封入した後、１０００oCで焼成す
る。真空での高温焼成により、マンガンイオンは硫化亜
鉛の結晶構造に入り込みやすくなる。また、硫化亜鉛が
昇華しやすいので、封入することによって、昇華を防
ぎ、結晶性が向上される。さらに、加圧成形することに
より、上記の２つの過程の進行を促進する。
【００１３】上記方法で得たマンガン添加した硫化亜鉛
の応力発光強度について、直径１mmの半球状の銅棒で、
荷重５００ｇ、速度4 m/minで摩擦するとした同一励起
条件下での発光強度の比較を行った。図１にその発光強
度のマンガン添加量依存性を示す。これから最も高い発
光強度を示したマンガン添加率は５ｗｔ％であり、発光
強度は27000 cpsであった。この発光は肉眼でも観察で
き、オレンジ色であっ た。なお、発光中心を添加して
いない硫化亜鉛の発光強度は10 cps程度であり、本発明
とは明確の差がある。5%Ｍｎ添加した実施例を含め、他
の実施例を図２に示す。
の応力発光強度について、直径１mmの半球状の銅棒で、
荷重５００ｇ、速度4 m/minで摩擦するとした同一励起
条件下での発光強度の比較を行った。図１にその発光強
度のマンガン添加量依存性を示す。これから最も高い発
光強度を示したマンガン添加率は５ｗｔ％であり、発光
強度は27000 cpsであった。この発光は肉眼でも観察で
き、オレンジ色であっ た。なお、発光中心を添加して
いない硫化亜鉛の発光強度は10 cps程度であり、本発明
とは明確の差がある。5%Ｍｎ添加した実施例を含め、他
の実施例を図２に示す。
【００１４】図２の実施例２，３，４にそれぞれ5wt%C
u, Ce, Euを添加したZnS系発光材料の発光強度を示す。
これから硫化亜鉛の発光中心としてMnを添加したものは
最強の発光強度を示すが、他の発光中心も効果があるこ
とがわかった。
u, Ce, Euを添加したZnS系発光材料の発光強度を示す。
これから硫化亜鉛の発光中心としてMnを添加したものは
最強の発光強度を示すが、他の発光中心も効果があるこ
とがわかった。
【００１５】硫化亜鉛の代わりに、他のウルツ鉱型構造
の圧電体を母体材料として用いた場合、上記の実験と同
様に行った結果を図２の実施例5,6,7,8に示す。従来知
られている発光体の発光強度は10以下であり、いずれ
も、従来知られているの発光体より発光強度が強いこと
が分かる。
の圧電体を母体材料として用いた場合、上記の実験と同
様に行った結果を図２の実施例5,6,7,8に示す。従来知
られている発光体の発光強度は10以下であり、いずれ
も、従来知られているの発光体より発光強度が強いこと
が分かる。
【００１６】
【発明の効果】以上に詳述した本発明によれば、材料自
身が力によって発光するため、新しい発光材料となる。
機械的な作用を光に変化する新しい非接触コントローラ
ー、種々の制御プロセスなどの広い応用が期待できる
身が力によって発光するため、新しい発光材料となる。
機械的な作用を光に変化する新しい非接触コントローラ
ー、種々の制御プロセスなどの広い応用が期待できる
【図１】 実施例１に係わるマンガンをドープした硫化
亜鉛の発光強度を示す図である。
亜鉛の発光強度を示す図である。
【図２】 実施例2〜8の発光強度を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 外部から加えられた摩擦力、応力、衝撃
力などの機械的エネルギーにより電圧を発生するウルツ
鉱型構造の無機圧電性酸化物、硫化物、炭化物および窒
化物の１種類以上からなる母体材料に、機械的エネルギ
ーで生じた母体内の電界によってその原子を構成する電
子が励起された後、安定状態に戻る時に発光するレアア
ース又は遷移金属の１種類以上の発光中心を全体量に対
して0.01〜20wt%まで添加した粉末無機材料およびバル
ク無機材料。 - 【請求項２】 請求項1に記載する無機発光材料を得る
ための製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30662097A JPH11116946A (ja) | 1997-10-20 | 1997-10-20 | 力で発光する無機材料及びその製造法 |
| US09/173,006 US6117574A (en) | 1997-10-20 | 1998-10-15 | Triboluminescent inorganic material and a method for preparation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30662097A JPH11116946A (ja) | 1997-10-20 | 1997-10-20 | 力で発光する無機材料及びその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11116946A true JPH11116946A (ja) | 1999-04-27 |
Family
ID=17959286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30662097A Pending JPH11116946A (ja) | 1997-10-20 | 1997-10-20 | 力で発光する無機材料及びその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11116946A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003342561A (ja) * | 2002-05-24 | 2003-12-03 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 感圧シート |
| EP1538190A1 (en) * | 2002-07-12 | 2005-06-08 | Japan Science and Technology Agency | High-brightness mechanoluminescence material and method for preparing same |
| WO2006016711A1 (ja) * | 2004-08-11 | 2006-02-16 | National Institute For Materials Science | 蛍光体とその製造方法および発光器具 |
| JP2010236117A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Unitika Ltd | 発光性繊維構造体 |
| JP2013120363A (ja) * | 2011-12-09 | 2013-06-17 | Sato Knowledge & Intellectual Property Institute | 応力発光表示媒体 |
| KR20150108588A (ko) * | 2014-03-18 | 2015-09-30 | 경북대학교 산학협력단 | 압광 페인트 |
| WO2016136475A1 (ja) * | 2015-02-27 | 2016-09-01 | 株式会社村田製作所 | 窒化インジウム圧電薄膜及びその製造方法、並びに圧電素子 |
-
1997
- 1997-10-20 JP JP30662097A patent/JPH11116946A/ja active Pending
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003342561A (ja) * | 2002-05-24 | 2003-12-03 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 感圧シート |
| EP1538190A1 (en) * | 2002-07-12 | 2005-06-08 | Japan Science and Technology Agency | High-brightness mechanoluminescence material and method for preparing same |
| EP1538190A4 (en) * | 2002-07-12 | 2009-04-29 | Japan Science & Tech Agency | HIGHLY BRILLIANT MECHANOLUMINESCENE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
| JP2008263209A (ja) * | 2004-08-11 | 2008-10-30 | National Institute For Materials Science | 蛍光体を用いた発光器具 |
| US8852453B2 (en) | 2004-08-11 | 2014-10-07 | National Institute For Materials Science | Phosphor |
| EP1795574A4 (en) * | 2004-08-11 | 2007-09-19 | Nat Inst For Materials Science | PHOSPHORUS, METHOD OF ITS MANUFACTURE AND LIGHT-EMITTING DEVICE |
| JPWO2006016711A1 (ja) * | 2004-08-11 | 2008-05-01 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 蛍光体とその製造方法および発光器具 |
| US7431864B2 (en) | 2004-08-11 | 2008-10-07 | National Institute For Materials Science | Phosphor, production method thereof and light emitting instrument |
| EP1795574A1 (en) * | 2004-08-11 | 2007-06-13 | National Institute for Materials Science | Phosphor, method for producing same and light-emitting device |
| WO2006016711A1 (ja) * | 2004-08-11 | 2006-02-16 | National Institute For Materials Science | 蛍光体とその製造方法および発光器具 |
| EP1835008A1 (en) * | 2004-08-11 | 2007-09-19 | National Institute for Materials Science | Phosphor, production method thereof and light emitting instrument |
| JP4953065B2 (ja) * | 2004-08-11 | 2012-06-13 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 蛍光体とその製造方法 |
| KR101168173B1 (ko) * | 2004-08-11 | 2012-07-24 | 도쿠리츠교세이호징 붓시쯔 자이료 겐큐키코 | 형광체와 그 제조방법 |
| JP2010236117A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Unitika Ltd | 発光性繊維構造体 |
| JP2013120363A (ja) * | 2011-12-09 | 2013-06-17 | Sato Knowledge & Intellectual Property Institute | 応力発光表示媒体 |
| KR20150108588A (ko) * | 2014-03-18 | 2015-09-30 | 경북대학교 산학협력단 | 압광 페인트 |
| WO2016136475A1 (ja) * | 2015-02-27 | 2016-09-01 | 株式会社村田製作所 | 窒化インジウム圧電薄膜及びその製造方法、並びに圧電素子 |
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