【本学研究者情報】

〇多元物質科学研究所　准教授　長谷川拓哉
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【発表のポイント】

• 近赤外線レーザーにより可視光発光する新しい蛍光体^（注１）Yb₂(MoO₄)₃:Er³⁺を開発し、湿度（大気水分量）に応じて蛍光の強度と寿命の両方を変化させることを世界で初めて実証しました。
• 独特な空洞を持つ構造が水分子を取り込み、接触不要・非破壊で湿度を正確に測定できます。
• 蛍光の明るさ（強度）と蛍光が消えるまでの時間（寿命）という2つの物理量を同時に計測するデュアルモード検出^（注２）により、環境変化に左右されにくい信頼性の高い湿度計測が可能になりました。
• 電磁ノイズの影響を受けない光による湿度計測のため、食品・医薬品の保管や半導体製造現場など、高精度な湿度管理が求められる分野への応用が期待されます。

【概要】

湿度の精密な制御は、食品・医薬品の品質管理や半導体製造など幅広い産業で不可欠です。従来の電気式センサーは電磁ノイズの影響を受けやすく、電子部品が密集する環境での使用に課題がありました。

東北大学多元物質科学研究所の長谷川拓哉准教授、大阪大学産業科学研究所の後藤知代特任教授（常勤）（奈良先端科学技術大学院大学先端科学技術研究科教授兼務）、岡山理科大学理学部の佐藤泰史教授らの研究グループは、モリブデン酸イッテルビウム（Yb₂(MoO₄)₃）にエルビウムイオン（Er³⁺）を添加した蛍光材料を合成し、この材料の結晶格子中の空洞が水分子を可逆的に吸脱着する性質を利用して、光学式湿度センサーとして機能することを実証しました。近赤外線（980 nm）を照射すると、湿度の増加に伴い緑色の蛍光強度が初期値の約30%まで低下するとともに、蛍光寿命も50マイクロ秒から40マイクロ秒に短縮されます。これら2つの光学特性を同時に計測するデュアルモード検出により、信頼性の高い湿度計測を実現しました。

本成果は、2026 年 3 月 3 日（現地時間）に、国際科学誌 ACS Applied Materials & Interfaces のオンライン版に掲載されました。

図1. Yb₂(MoO₄)₃の結晶構造モデル。YbO₆八面体とMoO₄四面体が三次元的に連結した骨格と、水分子を収容できる格子空洞を示す。結晶構造はVESTAプログラムにより描画した。

【用語解説】

注1. 蛍光体：光などのエネルギーを吸収して異なる波長の光として放出する材料。

注2. デュアルモード検出：蛍光強度と蛍光寿命という、独立した2種類の光学パラメーターを同時に計測する手法。片方のパラメーターのみでは外部環境（温度変化や励起光強度のゆらぎ）による誤差が生じやすいが、2つのパラメーターを組み合わせることで計測の信頼性が向上する。

【論文情報】

タイトル：Dual-Mode Humidity Sensing Based on Intensity and Lifetime Modulation of Yb₂(MoO₄)₃:Er³⁺ Upconversion Phosphor
著者：Reiko Furukawa, Takuya Hasegawa*, Tomoyo Goto, Yasushi Sato, Ayahisa Okawa, Shu Yin
*責任著者：東北大学多元物質科学研究所　准教授　長谷川拓哉
掲載誌：ACS Applied Materials & Interfaces
DOI：10.1021/acsami.5c23088

詳細（プレスリリース本文）

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