破壊型応力発光材料と比較して、トラップ制御型応力発光材料は構造損傷がなく、発光の再現性など顕著な利点を有し、応力の可視化、偽造防止、応力センサーなどの分野で幅広い応用展望を示す。高性能なトラップ制御型応力発光材料の開発は、応力発光技術の実用的応用を推進する上で重要な意義を持つ。本研究では、新規トラップ制御型応力発光材料Mg₃Y₂Ge₃O₁₂∶Tb³⁺を成功裏に合成した。X線回折、走査型電子顕微鏡、励起および発光スペクトル、残光減衰曲線、残光スペクトル、熱ルミネッセンスマップ、応力発光スペクトル、瞬時光子信号収集、圧電力顕微鏡などの多様な評価手法を用いて、その結晶構造、発光特性および繰り返し可能な応力発光機構を体系的に研究した。結果は、Mg₃Y₂Ge₃O₁₂∶Tb³⁺が光ルミネッセンス、残光および応力発光の3モードにおいて発光スペクトルが高度に一致し、その明るい緑色発光が主にTb³⁺の⁵D₄→⁷F₅遷移に起因することを示している。熱ルミネッセンス分析は、材料内部に存在する広帯域に分布するキャリアトラップが長時間残光および繰り返し可能な応力発光を実現する重要な要因であることを明らかにした。周期的な摩擦実験の結果、応力発光強度は機械的刺激圧と良好な線形関係を示し、発光減衰後には紫外線照射により完全に初期レベルに回復可能であった。圧電力顕微鏡による評価は、機械的応力によって誘起される局所的な圧電効果が、本材料の繰り返し可能な応力発光における重要な励起機構であることをさらに裏付けた。本研究は、高性能な繰り返し可能な応力発光材料の研究体系を拡大しただけでなく、その発光機構の深い理解のための重要な実験的根拠を提供する。

応力発光;繰り返し性;トラップ;圧電効果