기계 에너지를 직접 빛 에너지로 변환할 수 있는 기계 발광(Mechanoluminescence, ML) 재료는 동적 응력 센서, 스마트 위변조 방지 및 인간-기계 상호작용 분야에서 큰 응용 잠재력을 보여준다. 현재 고성능 ML 재료는 주로 갇힘 제어 메커니즘에 의존하며, 이는 전하 운반자를 채우기 위해 사전 조사(pre-irradiation)가 필요하다. 이러한 사전 조사 의존성은 실시간 연속 모니터링 환경에서 재료의 편리한 사용을 심각하게 제한한다. 또한, 전통적인 분말형 형광체는 폴리머와 복합할 때 환경 안정성이 낮고 광 산란 문제가 심각하다. 따라서 사전 조사가 필요 없고 실시간 자가 회복 특성을 가지며 높은 화학적 안정성과 광학적 투명성을 겸비한 새로운 기계 발광 재료의 개발이 현재 스마트 센서 분야에서 시급한 과제로 떠올랐다. 본 연구에서는 융융 석출법과 후속 열처리 공정을 결합하여 SrO-Ga₂O₃-B₂O₃:Eu³⁺ 투명 미세 결정 유리를 성공적으로 제조하였다. XRD 및 TEM 분석 결과 유리 기지 내에 균일한 나노 SrGaBO₄ 주요 결정상이 석출되었음을 확인하였다. 자외선 여기 하에서 미세 결정 유리는 ⁵D₀→⁷F₂ 전기 쌍극자 전이에 기인한 Eu³⁺ 특유의 적색 광을 나타냈다. 미세 결정 유리 분말을 PDMS와 복합하여 유연한 박막으로 제작한 후 인장, 마찰 및 압축 등 기계적 응력 하에서 사전 조사 없이도 육안으로 볼 수 있는 적색 기계 발광을 나타냈으며, 발광 중심이 광 발광과 높은 일치를 보였다. 열 발광 테스트에서는 명확한 결함 준위 신호가 검출되지 않아 갇힘 방출 메커니즘을 배제했으며, 본 기계 발광이 주로 마찰 전기 유도 여기에서 기인함을 입증했다. 이는 우수한 실시간 반응성과 자가 회복 특성을 나타내어 기존에 사전 조사가 필요한 갇힘형 재료의 제약을 효과적으로 극복하였다. 해당 복합 박막은 동적 역학 시각화, 웨어러블 센서 및 암호 방지 등 분야에서 광범위한 적용 가능성을 가지며, 사전 조사가 불필요한 고성능 기계 발광 재료 설계를 위한 중요한 실험적 근거와 이론적 참고자료를 제공한다.

기계 발광; 미세 결정 유리; 마찰 전기; 자가 회복