研究要点

●发现通过静电中电荷移动而发光的无机粉末材料

●该无机粉末材料可以利用静电发光，作为静电分布的传感器

●为制造业中静电防治以及静电监控提供新的技术思路

研究概要

日本产总研的传感器研究中心发现了一种能够响应静电电荷而发光的材料，实现了对于肉眼看不到的静电观测技术（可通过肉眼或者显微镜观测）。

该技术是通过让静电与发光材料接触，使静电材料发光的新型传感技术。仅通过向目标物喷涂无机微粒子或者是贴合含有微粒子的合成树脂膜（PMMA），目标物中的静电就可以发出绿光,实现对于静电的可视化观测。基于此技术我们可以知道，在生产一线中，哪里有积蓄的静电，怎么改善条件能够消除这些静电，从而保护电子设备。

研究背景

随着无人化工厂，IOT，物联网等技术的发展，具有感知能力的传感技术越来越受到重视了。汽车，航天飞机，无人机，机器人，这些设备中都不可避免地搭载着有电子设备。如果有静电发生，不仅会给电子设备传达误指令，更会因为其几千伏特左右的电压（瞬间电压）击穿设备。所以，静电在什么时候，什么地点发生并积蓄等情报，对于电子设备的生产者而言非常重要，相关的传感技术是不可或缺的(干燥冬天的静电也是很讨厌的)。

图1. 日常生活中的静电（上），半导体微电子行业中为了避免静电，很多操作台和设备都需要接地（下）

至今为止有很多种类的静电传感器被开发出来，但是传统的静电传感器，对于表面凹凸不平的对象，处于移动状态的对象不能够准确测量。

另外一方面，发光材料被用来观测各种各样的物理现象，被应用到很多领域。由于光照而发光荧光材料（荧光体），通电而发光的材料（LED等），磷光材料，应力发光材料等等。到目前为止，用来观测静电的发光材料还没有。

研究内容

在本研究中，为了探索静电发光材料，首先系统地调查了基于电荷移动而发光的已知物质。在这些物质中，发现了SrAl2O4:Eu2+（图2，a）这种物质能够和空气中的离子，带电粒子等具有微弱电荷的物质进行反应发光，作为静电发光材料使用。把SrAl2O4:Eu2+这种材料添加到有机玻璃中（PMMA，图2,b），通过能发生静电的枪进行照射，就能够出现绿色的光（图2，c ）。通过对表面电位分布和观察，发现被静电枪照射的区域（带电区域）和发光区域高度一致。通过该实验结果知道了，静电发光是由于部分注入电荷引起的。

图2 (a) 静电发光材料(SrAl2O4:Eu2+), (b) 静电发光薄膜（PMMA）, (c) 静电释放装置和观测发光模式图, (d) 摄像机拍摄的图像

紧接着，又进行了图3中的中的实验。利用图3a中的范氏起电机（静电发生器的一种），在其表面涂上SrAl2O4:Eu2+粉末。用手指靠近静电发生器（已经储存有静电），在手指和静电发生器最近的距离处，可以观察到静电发光，并且随着手指的移动发光也跟着移动。所以，这种静电发光材料在充电或者放电时都会引起发光现象。

图3 a, 静电发生器，b，手指在静电发生器之间移动，通过静电发光材料观测到静电的释放和释放位置的移动。

该静电发光材料的机理可以推测为（1）该材料吸收紫外线或者可见光，从Eu的4f轨道激发电子到C.B.位置，（2）一部分激发电子被缺陷能级所捕获，当外部电荷注入时，（3）缺陷能级的电子再次流向C.B.，（4）然后电子和空穴再接合，释放出荧光（图4）。

图4. 推测的静电发光原理

另外，对于同样化学组成但是不同结晶构造的SrAl2O4:Eu2+而言，有的会产生静电发光，有的则不会。这暗示着，通过材料设计静电发光的强度是可以调节的。

我们发现的可释放静电的无机微粒子的粒径为几微米，无需电源即可检测来自静电的电荷并输出光，使其成为世界上最小的静电传感器。可以说。如果使用这种超小型静电传感器，则可以通过将其固定在物体表面来赋予其传感器功能。例如，可以使用摄像头实时远程测量汽车或无人机等移动物体的静电。

写给未来

未来，将阐明静电释放的机理，建立灵活应对各种环境的静电可视化传感技术的基础。此外，计划监控静电的产生，并针对电子设备和下一代移动领域的各种产品进行静电对策的实验分析，我们正在寻找可以合作的公司。