圧力発光材料は、機械的刺激を光子放出に変換する独特の性能を持ち、構造健全性診断、情報偽造防止、バイオエンジニアリング、電子皮膚などの力学センサ分野で広く応用されている。しかし、報告されている圧力発光材料の種類は限られており、圧力発光に関連するキャリア遷移過程の理解が十分でないため、開発と応用が大きく制限されている。これらの問題に対応して、本研究では新規混合陰イオン型圧力発光材料Ba₂Gd（BO₃）₂Cl∶Ln（Ln = Eu、Tb、Dy、Sm、Nd）を開発し、その光致発光特性と関連するキャリア遷移過程を探究した。本研究では、X線粉末回折、走査型電子顕微鏡、多モード励起下の定常および瞬時スペクトル技術により、試料の構造形態、光致発光および圧力発光特性を研究し、本材料の可能な発光メカニズムを提案した。研究結果は、280 nm光励起下においてBa₂Gd⁃（BO₃）₂Cl∶Euの発光ピークが536、594、613、625、654、695、710 nmに位置し、最初の広いピークと残りの狭いピークはそれぞれEu²⁺とEu³⁺の発光に対応し、ドープされたEuが混合価状態を示していることを明らかにした。機械的作用下では、Ba₂Gd（BO₃）₂Cl∶EuはほぼEu³⁺の橙赤色発光のみを示し、これは機械的作用によりマトリックス内の価電子帯電子が優先的に励起されたためと考えられる。さらに、Euの光致発光および圧力発光の最適ドープ濃度はいずれも2%であった。0.23〜1.55 mJの衝撃エネルギー下で、圧力発光強度は衝撃エネルギーに対して線形関係を示した。ドープするランタニド元素の種類を変えることで、圧力発光を可視光領域から近赤外領域へと拡張することに成功した。本研究は、混合価状態材料の圧力発光メカニズムの解明に向けた知見を提供し、応力センサ分野における潜在的な応用価値を示している。

圧力発光;希土類ドープ発光材料;混合陰イオン化合物;エネルギー伝達;圧力発光機構