米乐m6官方网站（AIST；所长：Tamotsu Nomakuchi）测量解决方案研究中心（主任：Hisatoshi Hirai）过程测量团队的 Morito Akiyama（组长）、先进集成传感团队的 Hiroshi Yamada（高级研究员）和光学测量解决方案团队的 Kazufumi Sakai（特邀高级研究员），开发了复合金属氧化物材料，当蓝色和绿色单色光交替照射时，表现出稳定且可逆的光致变色性。

该材料是通过在硅酸钡镁（BaMgSiO₄)在还原气氛下。材料的颜色浓度可以通过照射光的波长来控制；例如，当材料受到405纳米（蓝色）的激光照射时，材料会变成浅粉色，而当材料受到365纳米的紫外线照射时，材料会变成深粉色。当用 532 nm 激光（绿色）照射时，它们会再次变成无色。这些颜色变化是可逆的。即使材料反复照射十次以上，在不同波长的光照射下，材料的颜色变化也几乎保持不变，表明材料具有优异的耐久性。未来，这些材料预计将有超高密度光学存储器、可重写纸张和显示器等应用。

这项研究的结果将发表在日本陶瓷学会会刊，日本陶瓷学会的科学期刊。

图1 添加铁的BaMgSiO的光致变色性能4

对于一个 长期以来，无机光致变色材料一直被期望作为一种用于高密度存储器和显示器的材料。特别是，人们对可见光响应的无机光致变色材料进行了广泛的研究，这些材料可用于开发使用半导体激光器或LED作为光源的紧凑型超高密度存储器。然而，大多数无机材料对可见光不表现出光致变色响应，耐久性低，或者颜色变化缓慢。它们还存在可逆性差的问题，即经过多次照射后无法脱色。此外，大多数这些材料的颜色是蓝色的。

AIST 进行了研究和开发，以提高传统无机光致变色材料的可见光响应和耐久性。我们探索了在蓝光和绿光照射下表现出光致变色的材料，以便可以使用半导体激光器和LED作为光源。此外，我们还研究了制备条件和材料中金属元素的添加等因素的影响，以提高材料的光致变色性能。

在这项研究中，我们主要探索荧光复合金属氧化物，发现硅酸钡镁（BaMgSiO₄)表现出对可见光响应的光致变色性。图2为BaMgSiO₄BaMgSiO的X射线衍射图₄本研究中准备的材料。

图2(a) BaMgSiO的晶体结构4; (b) BaMgSiO4(数字表示衍射面。)

BaMgSiO₄具有鳞石英结构，且SiO₄四面体在拐角处连接形成三维隧道（图2a）。 Si 的一半⁴⁺离子被 Mg 取代²⁺离子和Ba²⁺离子嵌入在隧道中。我们通过 X 射线衍射研究了制备的样品的晶体结构，发现所有 X 射线衍射峰都与鳞石英结构对应的峰图案匹配。因此，证实即使在还原气氛下制备材料，鳞石英结构仍保留（图2b）。

图3显示了BaMgSiO的反射光谱和光致变色性能₄在氩气气氛 (BMS) 下由 BaMgSiO 制备₄在含有5%氢气的氩气气氛下，即还原性气氛下制备，(BMS-H)。在照射之前，两个样品的可见光反射率均未观察到下降（图 3a）。然而，我们发现当样品受到蓝光（405 nm）照射时，BMS-H在523 nm处的反射率降低，并且其颜色变为浅粉色（图3b）。此外，当BMS-H在蓝光照射之后用绿光(532nm)照射时，其再次变成无色并且确认了可逆的光致变色。此外，当BMS-H受到紫外线（365 nm）照射时，以523 nm为中心的宽可见光波长范围的反射率降低，而BMS仅在523 nm附近显示反射率略有降低（图3c）。此时的BMS-H的颜色为深粉色，并且还确认了当在紫外光照射后用绿光照射时该材料再次变成无色。光。因此，我们发现颜色的密度根据照射光而变化。

图3（a）照射前的反射光谱，（b）蓝光（405 nm）照射后的反射光谱，（c）紫外光（365 nm）照射后的反射光谱，以及（d）BaMgSiO的光致变色特性4

BaMgSiO中添加各种金属元素的影响₄进行了研究，以提高BaMgSiO的光致变色性能₄（图4）。当添加铁 (Fe) 或铕 (Eu) 时，523 nm 处的反射率显着下降。反复照射（十次以上）对颜色变化影响很小，表明材料具有优异的耐久性。由于Fe比稀土元素之一Eu更容易获得，我们预计含Fe的材料在未来会有广泛的应用。

图4 BaMgSiO中添加金属元素的影响4关于紫外线（365 nm）照射时的光致变色

可见光响应BaMgSiO表现出光致变色现象的机理₄材料被认为与材料中的氧缺陷有关，因为在还原气氛下制备的材料中观察到这种现象。即，当光照射激发的电子被氧缺陷捕获时，材料吸收 523 nm 的光，并且 BaMgSiO₄材料变成粉红色。我们假设当材料受到绿光照射时，被缺陷捕获的电子再次被激发并返回到原来的状态，并且它们失去了颜色。我们还怀疑颜色密度随光的波长而变化，因为电子的跃迁概率取决于激发光的波长。

未来我们计划制备BaMgSiO薄膜₄添加金属元素，以研究其作为制造超高密度存储器和显示器的材料的可能性。