Development and Application of Fluorochromic Inorganic Phosphors

• Project/Area Number: 17K06801
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Inorganic materials/Physical properties
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: Fujihara Shinobu 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (60276417)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2017: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 蛍光体 / 希土類元素 / フルオロクロミズム / 光物性 / 表面科学 / イメージング / 化学センサ / 蛍光センサ / 無機工業化学 / ナノ材料 / 表面・界面物性

Outline of Final Research Achievements

Inorganic phosphors are luminescent materials that are widely used in fluorescent lamps and white LEDs. In this study, we aimed at creating a new function in inorganic phosphors; it is fluorochromism that can be recognized as changes of luminescent properties in response to physical or chemical stimuli. Actually we have succeeded in synthesizing inorganic phosphors that are highly responsive to reactive chemical substances such as hydrogen gas and hydrogen peroxide. We believe that they are promising as materials in developing new types of chemical sensors.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

物質の発光現象を利用して、身の回りの化学的および物理的情報を可視化する技術が注目されている。そのような物質のほとんどは有機物質であるが、繰り返しての利用や過酷な環境下での利用には、耐久性に優れる無機物質が望まれる。本研究では、無機蛍光体の発光特性が結晶の歪み、欠陥の生成、表面状態の変化などに対して敏感であることに着目し、水素ガスや過酸化水素に高感度に応答する無機物質の開発に成功した。

Research Products

• [Journal Article] Synthesis of Pt-loaded Y2WO6:Eu3+ Microspheres and Their Hydrogen-sensitive Turn-off Luminescence (2020)
  • Author(s): Y. He, R. Hara, M. Hagiwara, and S. Fujihara
  • Journal Title: ACS Omega Volume: 5 Issue: 12 Pages: 6697-6704
  • DOI: 10.1021/acsomega.9b04476
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effect of Micro-/Mesoporous Structures on H2O2 Sensing Ability of YVO4:Eu3+ Phosphor Particles (2020)
  • Author(s): K. Motomiya, M. Hagiwara, and S. Fujihara
  • Journal Title: Journal of the Ceramic Society of Japan Volume: －
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hydrothermal Synthesis of Monodispersed CePO4:Tb3+ Porous Microspheres and Their Redox-responsive Luminescence (2019)
  • Author(s): S. Takasu, M. Hagiwara, and S. Fujihara
  • Journal Title: SN Applied Sciences Volume: 1 Issue: 8 Pages: 807-807
  • DOI: 10.1007/s42452-019-0854-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Biphasic Sol-Gel Synthesis of Microstructured/Nanostructured YVO4:Eu3+ Materials and Their H2O2 Sensing Ability (2019)
  • Author(s): K. Motomiya, K. Sugita, M. Hagiwara, and S. Fujihara
  • Journal Title: ACS Omega Volume: 4 Issue: 23 Pages: 20353-20361
  • DOI: 10.1021/acsomega.9b02915
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Fabrication and Refractive Index Control of Transparent and Luminescent HfO2:Ln3+ (Ln3+ = Eu3+, Tb3+) Thin Films for Enhanced Surface Emissions (2019)
  • Author(s): M. Muroi, M. Hagiwara, and S. Fujihara
  • Journal Title: ECS Journal of Solid State Science and Technology Volume: 8 Issue: 12 Pages: R169-R175
  • DOI: 10.1149/2.0041912jss
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Synthesis of Hollow and Aggregated CeO2:Sm3+ Microspheres and Their Redox-responsive Luminescence (2019)
  • Author(s): T. Umehara, M. Hagiwara, and S. Fujihara
  • Journal Title: Journal of Alloys and Compounds Volume: 787 Pages: 1074-1081
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.02.129
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fluorochromic Properties of Undoped and Ln3+-doped CaWO4 Phosphor Particles (2018)
  • Author(s): Y. Tsuchiya, M. Hagiwara, and S. Fujihara
  • Journal Title: ECS Journal of Solid State Science and Technology Volume: 7 Issue: 5 Pages: R50-R56
  • DOI: 10.1149/2.0171805jss
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Bサイトカチオンの価数変化に基づくCaTiO3:Pr3+およびCaZrO3:Pr3+ナノ粒子のフルオロクロミズム (2020)
  • Author(s): 高橋秀明，萩原学，藤原忍
  • Organizer: 日本セラミックス協会2020年年会
• [Presentation] 多孔質化した層状イットリウム水酸化物の合成とリン酸イオンセンサへの応用 (2020)
  • Author(s): 吉田岳春，萩原学，藤原忍
  • Organizer: 日本セラミックス協会2020年年会
• [Presentation] Synthesis and Fluorochromic Properties of Eu3+-activated Tungstate Phosphors (2019)
  • Author(s): S. Fujihara, H. Ye, R. Hara, and M. Hagiwara
  • Organizer: 2nd Global Forum on Advanced Materials and Technologies for Sustainable Development (GFMAT-2)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Surface Reactivity of Metal Oxide Nanocrystals as Evaluated by Optical Characterization (2019)
  • Author(s): S. Fujihara, H. Takahashi, T. Umehara, and M. Hagiwara
  • Organizer: The 13th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies (PACRIM13)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Liquid-phase Synthesis of Pt-loaded Y2WO6:Eu3+ Phosphor Particles for Hydrogen Gas Sensing (2019)
  • Author(s): H. Ye, M. Hagiwara, and S. Fujihara
  • Organizer: Materials Research Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ゾル－ゲル法によるペロブスカイト型CaTiO3:Pr3+蛍光体の合成とそのフルオロクロミック特性 (2019)
  • Author(s): 高橋秀明，萩原学，藤原忍
  • Organizer: 日本ゾル－ゲル学会第17回討論会
• [Presentation] 均一沈殿法によるEu3+ドープ層状複水酸化物の合成とリン酸イオンセンサへの応用 (2019)
  • Author(s): 吉田岳春，萩原学，藤原忍
  • Organizer: 日本ゾル－ゲル学会第17回討論会
• [Presentation] 表面活性な蛍光体粒子の新規合成とH2O2蛍光センシング (2019)
  • Author(s): 本宮香純，萩原学，藤原忍
  • Organizer: 第39回電子材料研究討論会
• [Presentation] Tiイオンの価数変化に起因するCaTiO3:Pr3+蛍光体ナノ粒子のフルオロクロミズム (2019)
  • Author(s): 高橋秀明，萩原学，藤原忍
  • Organizer: 第39回電子材料研究討論会
• [Presentation] 希土類ドープBaSnO3の溶液合成と発光および電気特性 (2019)
  • Author(s): 山内太郎, 萩原学, 藤原忍
  • Organizer: 日本セラミックス協会2019年年会
• [Presentation] イットリウム系MOFを経由した多孔質Y2O3:Eu3+粒子の合成と蛍光センシング特性 (2019)
  • Author(s): 坂廻昂祐, 萩原学, 藤原忍
  • Organizer: 日本セラミックス協会2019年年会
• [Presentation] 2相ゾル-ゲル法によるYVO4:Eu3+ナノ/マイクロ構造膜の作製およびH2O2センサーへの応用 (2019)
  • Author(s): 本宮香純, 萩原学, 藤原忍
  • Organizer: 日本セラミックス協会2019年年会
• [Presentation] H2 Reduction Response of Pt/Y2WO6:Eu3+ Phosphor Particles for Sensing Application (2019)
  • Author(s): H. Ye, M. Hagiwara, S. Fujihara
  • Organizer: 日本セラミックス協会2019年年会
• [Presentation] 表面構造制御に基づくスマートな希土類蛍光体の創製と化学センシングへの応用 (2018)
  • Author(s): 藤原忍
  • Organizer: 第34回希土類討論会
  • Invited
• [Presentation] 2相ゾル-ゲル法によるYVO4:Eu3+ナノ/マイクロ構造体の作製およびH2O2センシング (2018)
  • Author(s): 本宮香純, 萩原学, 藤原忍
  • Organizer: 日本ゾル-ゲル学会第16回討論会
• [Presentation] Design and Fabrication of Antireflective Luminescent Coatings by Liquid Processes (2018)
  • Author(s): S. Fujihara and M. Hagiwara
  • Organizer: Materials Challenges in Alternative and Renewable Energy 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] MOFを前駆体とした多孔質Y2O3:Eu3+粒子の合成と化学センシング特性 (2018)
  • Author(s): 坂廻昂祐, 萩原学, 藤原忍
  • Organizer: 日本セラミックス協会第31回秋季シンポジウム
• [Presentation] Eu3+賦活タングステン酸系蛍光体の微細構造制御とフルオロクロミック特性 (2018)
  • Author(s): 藤原忍, 叶洪, 原莉沙子, 萩原学
  • Organizer: 日本セラミックス協会第31回秋季シンポジウム
• [Presentation] MOFを経由した多孔質Y2O3:Eu3+粒子における蛍光センシング機能の創成 (2018)
  • Author(s): 坂廻昂祐, 萩原学, 藤原忍
  • Organizer: 第8回CSJ化学フェスタ2018
• [Presentation] ペロブスカイト型BaSnO3半導体の溶液合成と物性制御 (2018)
  • Author(s): 山内太郎, 萩原学, 藤原忍
  • Organizer: 第8回CSJ化学フェスタ2018
• [Presentation] 無機蛍光体の構造制御に基づくH2O2蛍光センシング機構の構築 (2018)
  • Author(s): 本宮香純, 萩原学, 藤原忍
  • Organizer: 第8回CSJ化学フェスタ2018
• [Presentation] 希土類ドープハフニア薄膜の構造ならびに発光制御 (2018)
  • Author(s): 室井美穂, 萩原学, 藤原忍
  • Organizer: 第38回エレクトロセラミックス研究討論会
• [Presentation] Synthesis of Y2WO6:Eu3+ particles by hydrothermal method for luminescence sensing applications (2018)
  • Author(s): H. Ye, M. Hagiwara, S. Fujihara
  • Organizer: 第38回エレクトロセラミックス研究討論会
• [Presentation] 2相ゾル-ゲル法で合成したYVO4:Eu3+ナノ/マイクロ構造膜によるH2O2センシング (2018)
  • Author(s): 本宮香純、萩原学、藤原忍
  • Organizer: 日本セラミックス協会2018年年会
• [Presentation] 層状イットリウム水酸化物の構造制御と蛍光センシング材料への応用 (2018)
  • Author(s): 森山隼、萩原学、藤原忍
  • Organizer: 日本セラミックス協会2018年年会
• [Presentation] Synthesis and Characterization of Fluorochromic Phosphor Materials (2017)
  • Author(s): S. Fujihara, R. Hara, Y. Tsuchiya, and M. Hagiwara
  • Organizer: The 12th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] HfO2:Ln3+透明薄膜蛍光体の作製と光学特性の評価 (2017)
  • Author(s): 室井美穂、萩原学、藤原忍
  • Organizer: 日本セラミックス協会第30回秋季シンポジウム
• [Presentation] 化学浴析出法による機能性有機色素-ZnOハイブリッド膜の合成およびエレクトロクロミック特性 (2017)
  • Author(s): 百武大希、細野英司、萩原学、松田弘文、藤原忍
  • Organizer: 日本セラミックス協会第30回秋季シンポジウム
• [Presentation] 層状イットリウム水酸化物膜の作製と蛍光センシング材料への応用 (2017)
  • Author(s): 森山隼、萩原学、藤原忍
  • Organizer: 第7回CSJ化学フェスタ2017
• [Presentation] HfO2:Ln3+蛍光体を利用した光学薄膜の作製および発光特性の評価 (2017)
  • Author(s): 室井美穂、萩原学、藤原忍
  • Organizer: 第7回CSJ化学フェスタ2017
• [Remarks] 無機材料の光機能アセンブリー
  • URL: https://www.applc.keio.ac.jp/~shinobu/research1.html
• [Remarks] 無機材料の光機能アセンブリー
  • URL: http://www.applc.keio.ac.jp/~shinobu/research1.html