独立行政机构产业技术综合研究所[会长：野间口佑]（以下简称“AIST”）生产测量技术研究中心[研究中心主任Hisatoshi Hirai]过程测量团队Morito Akiyama研究团队负责人，应力发光技术团队Hiroshi Yamada首席研究员，光学测量解决方案团队Kazufumi Sakai特邀研究员发现蓝绿单色光交替照射会产生可逆效应光致变色稳定地显示该现象复合金属氧化物我开发了该材料。
这种材料是硅酸钡镁（BaMgSiO4)还原气氛准备的当用波长为405 nm的激光（蓝色）照射时，它会变成浅粉色，当用波长为365 nm的紫外线照射时，它会变成深粉色。颜色浓度可以通过照射光的波长来控制。当用波长为532 nm的激光（绿色）照射时，又恢复到无色。这些颜色变化是可逆的。这种材料即使反复受光照射10次以上，颜色也几乎没有变化，而且极其耐用。未来有望应用于超高密度光存储器、可重写复印纸、显示器等。
该研究成果发表在日本陶瓷学会学术期刊日本陶瓷学会会刊发布
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图1 添加铁的BaMgSiO4的光致变色特性
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无机光致变色材料是长期以来被期望用作高密度存储器和显示器材料的材料之一。特别是，正在研究对可见光做出反应的无机光致变色材料，以开发可以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，大多数无机材料在可见光下不表现出光致变色性，并且还存在耐久性低、响应速度慢等问题。此外，它还存在可逆性差的问题，例如多次光照射后无法脱色。此外，大多数材料都是蓝色的。
AIST一直在进行研究和开发，旨在进一步提高传统无机光致变色材料的可见光响应特性和耐久性。这次，我们寻找能够用蓝光和绿光引起光致变色的材料，以便可以使用半导体激光器和LED作为光源，并且我们还详细研究了制备条件的影响以及添加金属元素对改善光致变色性能的影响。
在这项研究中，我们寻找专注于复合金属氧化物（荧光物质）的材料。结果，硅酸钡镁（BaMgSiO4)具有对可见光敏感的光致变色特性。图2 BaMgSiO4的晶体结构这次准备的BaMgSiO4显示材料的 X 射线衍射图。
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图 2 (a) BaMgSiO4, (b) BaMgSiO4的X射线衍射图(数字表示衍射面)
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硅酸钡镁4是鳞石英结构，SiO4四面体在角处相连，形成三维隧道（图 2a）。那个Si4+一半离子是 Mg2+被离子取代并进入隧道Ba2+具有嵌入离子的结构。通过X射线衍射检查这次制备的样品的晶体结构，结果所有衍射峰都与鳞石英结构的衍射峰图案匹配，证实了鳞石英结构没有因在还原气氛中制备而改变（图2b）。
图3 氩气氛下制备的BaMgSiO4BaMgSiO在(BMS)和含有5%氢气的氩气气氛(还原气氛)中制备4的反射光谱和光致变色特性（BMS-H）。在光照射之前，任一样品在可见光区域的反射率都没有降低（图 3a）。然而，当用蓝光（波长405 nm）照射时，BMS-H中523 nm光的反射率下降，并且观察到变成淡粉色（图3b）。此外，当用绿光(波长532nm)照射已经用蓝光照射的BMS-H时，它恢复到无色，证实了可逆的光致变色现象。此外，当用紫外线（波长365 nm）照射时，BMS仅在523 nm附近显示出反射率略有下降，但BMS-H在以523 nm为中心的广泛可见光范围内显示出反射率下降（图3c）。此时，BMS-H的颜色为明亮的粉红色，并且还证实在用紫外光照射后用绿光照射时其恢复到无色。有趣的是，即使连续照射蓝光，反射光谱也不会发生变化（颜色不会变深），而如果在紫外光照射后再照射蓝光，颜色会从亮粉色变为浅粉色。换句话说，我们发现了颜色浓度根据照射光而变化的现象。
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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，（d）BaMgSiO4的光致变色特性
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还有，BaMgSiO4的光致变色性能的影响的研究结果。当添加铁（Fe）或铕（Eu）时，523 nm光的反射率显着降低。另外，确认即使反复进行10次以上的光照射，颜色也几乎没有变化，耐久性优异。特别是Fe比稀土Eu更容易获得，因此有望在未来得到利用。
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图4金属元素添加对紫外光（365 nm）照射引起的光致变色的影响
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硅酸钡镁4可见光响应光致变色机制该现象是通过制备还原性气氛来观察的。氧缺陷被认为参与其中。换句话说，通过光照射激发的电子被氧缺陷捕获，从而吸收 523 nm 的光，BaMgSiO4出现粉红色。相反，当绿光照射时，缺陷中捕获的电子被激发并返回到原来的状态，从而导致脱色。此外，假设颜色密度根据波长而变化的原因是受激电子的跃迁概率取决于激发波长，这导致密度的差异。
添加金属元素的 BaMgSiO，以展示其作为超高密度存储和显示材料的潜力4