日本東北大學的研究團隊成功闡明瞭在外營力下發生形變時會發出強光的特殊晶體的工作原理。這一成果是通過利用大型同步輻射設施「SPring-8」（位於兵庫縣佐用町）的解析運算得到的。相關研究成果有望應用於植入體內監測心率的感測器以及檢測變形的基礎設施監測設備的開發。
從上下方向施加壓力時會發光的鈣鈦礦晶體（供圖：東北大學西堀麻衣子教授）
利用大型同步輻射設施「SPring-8」分析鈣鈦礦晶體結構（供圖：東北大學西堀麻衣子教授）
受外營力時發光的物質被稱為力致發光（ML，Mechanoluminescence）。研究團隊此次分析的是被稱為鈣鈦礦的晶體的一種，其成分除鋰、鈉外，還包含稀土元素之一的鐠等構成。這種物質具備在外營力下發光的特性。
此前已有研究表明，當鋰和鈉以特定比例作為原料混合時，發光強度會提升約30倍，但其詳細機制尚不清楚。西堀麻衣子教授等人利用大型同步輻射設施等分析了其晶體結構，發現在施加壓力時，晶體內部會產生常規狀態下不會出現的特殊應變與原子位置偏移現象，從而增強了發光效果。
鈣鈦礦晶體具備吸光與發光的雙重特性。目前，鈣鈦礦太陽能電池作為備受關注的下一代太陽能電池，面向產業應用的研究開發在全球範圍內日益活躍。該領域被視作增長型市場，隨著市場規模的擴大，生物感測器等周邊應用的需求也可能隨之提升。
此次研究涉及的鈣鈦礦晶體能夠對微小的壓力作出反應並發光，未來將有助於開發可根據肌肉、心臟等器官活動而發光以獲取生物資訊的感測器。同時，還有望應用於檢測大樓、橋樑等建築變形的基礎設施監測設備等。研究團隊表示，今後的目標是將繼續開發發光強度更高的物質。
彙總此次研究成果的相關論文已發表在美國化學會學術期刊《ACS Applied Electronic Materials》上。
原文：《日本經濟新聞》、2025/10/21
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：ACS Applied Electronic Materials
論文：Atomic-Level Insights into Morphotropic Phase Boundary Effects on Mechanoluminescence in Li1–xNaxNbO3:Pr Multi-Piezo Materials
DOI：10.1021/acsaelm.5c01268
