反転対称中心を持たない希土類金属ガレートの合成と特性評価

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13875168
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 島田 昌彦 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80029701)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山根 久典 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (20191364)
• Keywords: 希土類金属ガレート / 対称中心 / 発光特性 / 螢光体

Research Abstract

結晶構造に対称中心を持たないGd_3GaO_6について、単結晶による誘電特性と非線形光学特性の検討と、RE_3GaO_6(RE:希土類金属)の合成を行い、斜方晶系で空間群Cmc2_1の単一相として得られた試料について、誘電特性評価を平成13年度の研究で行った。今年度はGd_3GaO_6母相に発光元素としてEu^<3+>とTb^<3+>を付活した固溶体試料を合成し、螢光特性の評価を行った。
試料は各種希土類酸化物と酸化ガリウム粉末を、化学組成として(Gd_<1-x>Eu_x)_3GaO_6と(Gd_<1-x>Tb_x)_3GaO_6なるように所定量秤量し、混合した後、ペレット状に成形し、空気中1400℃で10時間焼成して固溶体試料を作製した。螢光特性は、分光螢光光度計で励起と発光スペクトルを室温で測定した。
(Gd_<1-x>Eux)_3GaO_6の格子定数と格子体積は、いずれも付活元素Eu^<3+>濃度の増加とともに増加した。これはEu^<3+>のイオン半径(0.950A°)がGd_<3+>のイオン半径(0.938A°)に比べて大きいためである。一方、(Gd_<1-x>Tbx)_3GaO_6固溶体では、Tb^<3+>のイオン半径(0.923A°)が小さいので、Tb^<3+>の増加とともに格子定数と格子体積は減少した。
(Gd_<1-x>Eux)_3GaO_6は紫外線の照射により橙色の発光を示した。254nm励起による611nmの発光スペクトルx=0.1付近で最大発光強度を示し、結晶中には2.2x10^<21>個cm^<-3>のEu^<3+>が取りこまれていることが判明した。一方、(Gd_<1-x>Tbx)_3GaO_6は紫外線の照射で緑色に発光し、色純度は良好であった。275nm励起による542nmのスペクトルはx=0.1付近で最大発光強度を示し、その強度は実用螢光体であるZnS (Cu, Al)の約25%で、結晶中に2.2×10^<21>個cm^<-3>のTb^<3+>が取り込まれていることが判明した。