2016 Fiscal Year Annual Research Report
結晶サイト工学に立脚した蛍光体の設計及び開発原理の構築
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16H02391
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
垣花 眞人 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (50233664)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
冨田 恒之 東海大学, 理学部, 准教授 (00419235)
佐藤 泰史 岡山理科大学, 理学部, 准教授 (90383504)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 無機材料創成 / 合成プロセス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度は、結晶サイト工学の概念に基づき選定したシリケート系候補物質について、Eu2+賦活させた場合での発光特性を調べ、特に近紫外～青色光励起により波長600nm以上の赤色発光を示す新しい蛍光体の探索を中心に取り組んだ。その結果、３つの特徴的なCaサイトを有するCa3ZrSi2O9について、Eu2+濃度をCa2+に対して、1at.%から10at.%まで系統的に増加させる事で、発光波長が550nmから650nmまで大きくレッドシフトする事を見出した。Ca3ZrSi2O9の３つのCaサイトは、Ca-O結合から構成される各配位多面体の大きさに応じてEu2+の占有の割合が変化する。このため、高Eu2+置換量の組成では、本来イオン半径の大きいEu2+が置換し辛い、体積の小さいCa2+サイトにもEu2+が一定量置換する事で赤色発光を示したと予想される。この事は、体積の小さいCa3ZrSi2O9のCa2+サイトのBond Valence Sum（BVS）は比較的高い値をとる事から、BVSの高い結晶サイトに置換した発光イオンからの発光波長が長波長化しやすいという解釈とも合致しており、結晶サイト工学に基づく新規蛍光体物質を探索する上でも有用である事を示唆している。また、既報のシリケート系蛍光体の中でBa3SiO5:Eu2+について、Baサイトの一部をSrで置換していくと、温度特性だけでなく耐湿性が劇的に向上する事を見出した。これらの特性は、白色LED/LD応用には極めて重要であり、結晶サイト内の組成制御が蛍光体の化学的特性に対して有効に働く事を示唆している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
結晶サイト工学に基づく蛍光体探索では、既報の結晶構造データを活用し、平均結合長やBond Valence Sumなどの結晶パラメーターから候補物質を選定し、高濃度のEu2+を賦活したCa3ZrSiO9が赤色発光を示す事を明らかにした。しかしながら、初年度は、結晶構造データベースを内蔵したX線回折装置が10月末に導入された事もあり、年度当初からの効率的な物質探索ができず、最終的には有望な系としてはCa3ZrSi2O9のみであった。また、BaZrSi3O9に代表されるSc、Y、La、Ti、Zr、Hf、Nb、Taといったd0系元素を含むシリケート系化合物へのカチオン－アニオン共置換による新しい蛍光物質の検討については、現段階では有望な新物質の発見には至っていない。これは、現有の焼成設備では前駆体の窒化を十分に行う事ができず、アンモニアガス流通下で高温焼成（1200℃以上）が可能な焼成炉の整備を新たに行う必要があった事が理由である。よって、平成28年度は、「やや遅れている」と評価し、試料作製に必要な設備や環境の整備を直ちに進めていく必要があると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は、様々な結晶構造データベースを活用し、結晶サイト工学に基づく蛍光体探索を進め、有望な蛍光体の発見を目指していく。平成28年度で生じた課題の内、結晶構造データベースと焼成炉の整備についてはほぼ完了し、現時点では効率的に研究を進めていく事が可能な状況である。加えて、ガス圧焼結炉による高温（～2000℃）および高窒素圧（～10気圧）下での焼成が可能となり、今後は、このような特殊電気炉を使用した試料合成も検討していく予定である。
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Research Products
(26 results)
