イェーナ大学､超音波で光を放出し温度計測

August, 15, 2022, Jena--イェーナ大学の研究者は､機械発光材料システムを開発している｡

機械発光材料は､外部から機械的にストレスをかけられると､可視光あるいは不可視光を発光する｡そのような励起は､例えば､曲げたり､優しく押したりすると起こりうるが､超音波では完全に接触フリーとなる｡この方法で､その効果は､リモート始動可能となり､通常はむしろ暗いところに光が現れる､例えば人の身体である｡超音波療法を同時に使って局所的に熱を生成できると､影響を受けやすい環境では､温度上昇を密接にモニタすることが重要になる｡Friedrich Schiller University Jenaの材料科学者は､機械発光材料を開発した｡こにより研究チームは､超音波を使って局所的に熱をインプットできるだけでなく､同時にオンサイトの温度のフィードバックができる｡研究成果は､”Advanced Science”に発表された｡

半導体とレアアース
研究の間にイェーナの研究者は無機材料の機械的特性を扱うことがよくある｡特に､機械的プロセスを光学的に観察するにはどうするか｡｢機械誘起発光によってわれわれは､機械的負荷に対する材料の反応について多くの細部を知ることができる｣とイェーナ大学教授､Dr. Lothar Wondraczekは説明している｡｢とは言え､アプリケーション領域を拡大するためには､ロード中に局所的に広がる温度についての追加情報を獲得することが必要な場合がある｡特に､励起が超音波を利用して実行される場合である｡ここでわれわれは､当初､簡単に言えば､微細粒子の形態のセンサ材料に関心を持っていた､これは研究のために環境に導入されたものであるが､それが外部の超音波励起により環境に影響を与え､またこの効果について情報をフィードックできる｣｡

これをするためにイェーナの研究者は､酸硫化物半導体とレアアース酸化エルビウムを組み合わせた｡すると半導体構造は､超音波で機械的励起を吸収し､酸化エルビウムが発光する｡温度は､いわゆる光学的温度測定を使い放出光のスペクトルから読み取れる｡｢したがってわれわれは､材料の温度上昇を常に完全制御できる｡それは､超音波によっても影響を受ける｡われわれは､外部から温度上昇を刺激し､発光を通してこれを計測､したがって完全な制御回路を構築できる｣｡

光線力学療法で使用
温度制御と組み合わせた遠隔制御発光は､機械発光機能材料､例えば医療で全く新しい領域のアプリケーションを開く｡｢アプリケーションの可能な領域は､光線力学療法｡ここでは光物理プロセスが光の助けを借りて制御される､生物の治療をサポートできる｣とイェーナ材料科学者はコメントしている｡微細粒子の形態でマルチ反応､所望の箇所で光と熱が生成できるだけでなく､的を絞った方法で制御もできる｡生体組織は､放出赤外光に透明であるので､治療中に外部から所望の温度が設定､制御可能である｢しかし､そのような考えは､まだ揺籃期である｡それらを実用化するには､まだ広範な研究と作業が必要である｣｡

光と熱が､的を絞った仕方で暗い場所にもたらされる他のアプリケーションは､明らかである｡例えば､光合成､他の光駆動反応が､特に始動､観察､制御可能になる｡同様に､最初に戻れば､その材料は､材料の変化の生成と観察のためのセンサとして､材料表面で可視光､コード化されたマーキングとして使うことができる｡

(詳細は､https://www.uni-jena.de)