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応力・ひずみを可視化するMLTC

応力発光体とはMechanoluminescent substance

応力発光体とは

発光材料は、電子状態が紫外線、電子線、X線、電界などにより励起されたとき、何らかの刺激によりそのエネルギーを光として放出する性質を持つ物質です。応力発光体は外部からの機械刺激により発光する発光材料の1つです。機械刺激の種類としては摩擦、衝撃、圧縮、引っ張り、ねじりなどがあります。

応力発光体の発光の強度は加えた ひずみエネルギーと直線的な相関を示すことが分かっています。すなわち、力を加えたとき ひずみやすいところほど強く光るのです。逆にその発光強度から応力やひずみについてのデジタル情報を得ることができますので、例えば、応力発光体の塗料を金属の疲労き裂先端部に塗布して ひずみ分布を計測できます。強く光る場所のひずみレベルと、材料強度特性値を比較することで、そのき裂が進展するのか否かを判別することができます。

このような性質は様々な検査に応用できると期待されています。橋やトンネルなどの社会インフラの健全性を調べたり、化学プラントなどの産業インフラの検査、部品、部材の設計や試験など、展開可能な分野は多岐に渡ります。

応力発光体としては、緑色に発光するユーロピウムをドープし構造制御したアルミン酸ストロンチウム(SrAl2O4:Eu)が最も発光輝度が高いことが知られており、工業的にも製造されています。ほかの色としては、遷移金属や希土類をドープした硫化亜鉛(ZnS:Mn)やチタン酸バリウム・カルシウム((Ba,Ca)TiO3:Pr)、アルミン酸カルシウム・イットリウム(CaYAl3O7:Ce)もそれぞれ黄橙色、赤色、青色に発光します。また、紫外線や近赤外線を放射する応力発光体など、様々な種類があります。

物質が破壊されることなく肉眼でも強い発光を観測でき、さらに繰り返し発光する材料は、産総研で初めて見出された「応力発光体」のみです。


参考写真 説 明
参考写真1
応力発光体による橋梁のひび割れの観測例
破線で境界を示したのはコンクリート橋桁表面に貼付けた応力発光体シートで1枚がA4 6枚分のサイズ。目視では確認できなかったコンクリートの亀裂(下部の赤線で囲った発光部分)も検出されています。
参考写真2
応力発光体の発光の様子
サッカーボールに応力発光体塗料を塗布してみました。
押さえた箇所にひずみがかかり、発光しています。

応力発光技術に関する研究

「徐 研究室」ホームページでは、、応力発光技術の研究概要、成果などを掲載しています。
 徐 研究室XU Laboratoryホームページ  https://staff.aist.go.jp/cn-xu/ 


MLTC 応力発光技術コンソーシアム

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