応力発光材料は、機械的刺激下で機械エネルギーを直接光子放射に変換することができ、近年、情報の偽造防止、応力センサー、電子皮膚、構造損傷検出などの先端分野で重要な応用可能性を示しています。現在、予充電を必要としない自己回復型応力発光材料システムは依然として希少であり、マトリックス結晶格子が収容可能なドーピングイオンの種類も限られているため、発光メカニズムが単一で、出力色が固定され、スペクトル範囲が不足しているという科学的問題があります。これを踏まえ、本研究では希土類イオン、遷移金属イオン、金属イオンなど複数の発光中心を導入することで、単一材料中で紫外から近赤外波長帯域をカバーする自己回復型応力発光特性を実現できる新規なホウ酸塩材料（ScBO₃）を開発しました。代表例としてScBO₃: Tb³⁺を取り上げ、一連の構造および光学評価手法を用いてその結晶構造、微細形態、発光特性および自己回復発光メカニズムを体系的に研究しました。研究の結果、この材料は周期的な摩擦刺激下で予充電なしで強い緑色の応力発光を持続的に発生させることができ、優れた循環安定性を示しました。メカニズムの解明により、この自己回復応力発光メカニズムは残光過程に関係せず、主にドーピング結晶内部の局所的な圧電効果に起因することが明らかになりました。本システムの豊富な応力発光波長帯および多刺激応答特性を組み合わせることで、情報暗号化用の柔軟な光学薄膜の作製に成功し、筆跡認識分野での応用可能性を検証し、応力発光材料の最先端応用に新たな研究方向を提供しました。

応力発光;希土類発光材料;蛍光体;自己回復性