新規組成オキシフッ化物ナノ結晶化ガラスの創製と光学素子への応用

• Project/Area Number: 15760506
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Inorganic materials/Physical properties
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 藤原 忍 慶應義塾大学, 理工学部, 助教授 (60276417)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,700,000 (Direct Cost: ¥3,700,000); Fiscal Year 2005: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2004: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2003: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
• Keywords: 結晶化ガラス / フッ化物 / フォトルミネセンス / 希土類元素 / 薄膜蛍光体 / オキシアパタイト / ナノ結晶 / 有機-無機ハイブリッド / メソポーラス材料 / LED照明 / 蛍光体 / 発光薄膜デバイス / RGB発光 / ナノ多孔質

Research Abstract

シリカをベースとする透明なナノ結晶化蛍光ガラス薄膜の開発を行った。透明性についてはゾル-ゲル・プロセスにおける種々の合成パラメーターを調査・検討し、膜の気孔率と散乱特性を精密に制御することで高い可視光透過性を達成した。ナノ結晶化させる蛍光体材料には希土類フッ化物、オキシフッ化物および酸化物を調査した。従来、ゾル-ゲル法では原料となる金属源が均一に混合されるため所望の結晶(特に金属酸化物)をガラス中にナノ結晶化させることは困難であったが、申請者らが開発したゾル-ゲルフッ化物法を適用することにより、所望のナノ結晶を選択的に結晶化させることができるようになった。具体的には、付活剤として赤色発光を示す3価のユーロピウムおよびサマリウムを、代表的なホスト結晶として酸化セリウム(CeO_2)および酸化ランタン(La_2O_3)を選択した。トリフルオロ酢酸をフッ素源として用いるプロセスでフッ化物およびオキシフッ化物の低温結晶化を利用したガラス中でのナノ結晶化を試みたところ、1000℃より低い熱処理で所望のSiO_2-La_2O_3:Eu^<3+>系ガラス薄膜が得られることが明らかとなった。さらにその合成過程を詳細に調査したところ、新しい結晶相であるLa_<10>(SiO_4)_6O_3オキシアパタイトが1000℃以上の熱処理で生成することを見いだした。この結晶相は陽イオン置換性が極めて高く、付活剤の希土類イオンに加えて、構造変調のためにアルカリ金属、アルカリ土類金属をはじめとする種々の金属イオンをドープすることが可能であることがわかった。その結果、結晶構造制御により蛍光励起波長を精密に変化させることができるようになった。

Research Products

• [Journal Article] Sol-Gel Preparation and Luminescent Properties of CeO_2 : Ln (Ln=Eu^<3+> and Sm^<3+>) Thin Films (2005)
  • Author(s): M.Oikawa, S.Fujihara
  • Journal Title: Journal of the European Ceramic Society 25巻12号 Pages: 2921-2924
• [Journal Article] Structure and Luminescent Properties of CeO_2: Rare Earth (RE=Eu^<3+> and Sm^<3+>) thin Films (2004)
  • Author(s): S.Fujihara, M.Oikawa
  • Journal Title: Journal of Applied Physics 95巻12号 Pages: 8002-8006
• [Journal Article] Phase-Selective Pyrolysis and Pr^<3+> Luminescence in a YF_3-Y_2O_3 System from a Single-Source Precursor (2004)
  • Author(s): S.Fujihara, S.Koji, Y.Kadota, T.Kimura
  • Journal Title: Journal of the American Ceramic Society 87巻9号 Pages: 1659-1662
• [Journal Article] Broadband Visible Emissions from Sol-Gel-Derived Silica/Poly(Vinyl Pyrroli-Done) Hybrids (2004)
  • Author(s): S.Fujihara, S.Kita
  • Journal Title: Chemical Physics Letters 397巻4-6号 Pages: 479-483
• [Journal Article] Synthesis, Structure, and Optical Properties of SiO_2-Gd_2O_3: Eu^<3+> Nanocomposite Thin Films (2004)
  • Author(s): S.Koji, S.Fujihara
  • Journal Title: Journal of the Electrochemical Society 151号12巻
• [Publications] S.Fujihara, S.Kitta, T.Kimura: "Porous Phosphor Thin Films of Oxyfluoride SiO_2-BaMgF_4:Eu^<2+> Glass-Ceramics Prepared by Sol-Gel Method"Chemistry Letters. 32巻10号. 928-929 (2003)
• [Publications] S.Fujihara, Y.Kishiki, T.Kimura: "Pyrolytic Synthesis and Eu^<3+> → Eu^<2+> Reduction Process of Blue-Emitting Perovskite-Type BaLiF_3:Eu Thin Films"Journal of Solid State Chemistry. 177巻3号. 1032-1036 (2004)
• [Publications] S.Fujihara, S.Koji, T.Kimura: "Structure and Optical Properties of (Gd,Eu)F_3-Nanocrystallized Sol-Gel Silica Films"Journal of Materials Chemistry. (印刷中). (2004)