2017 Fiscal Year Annual Research Report
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17F17800
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
打越 哲郎 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (90354216)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
DUBERNET MARION 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2017-11-10 – 2020-03-31
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| Keywords | コンポジット / 金属クラスター / ルミネッセンス / ナノ粒子 / 薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ZnOの光吸収・発光特性とモリブデン6原子クラスター（Mo6クラスター）の特異な光吸収、発光特性をハイブリッド化することで、広い帯域の光を有効利用できる発光型集光器（Luminescent Solar Concentrator; LSC）の設計とその特性評価を目的とするものである。H29年度は、ゾル - ゲル法を用いたナノ粒子ZnOのコロイド溶液合成から着手した。昨年度は、0.5M濃度のZnO粒子を含む溶液を調製し、これらの粒子はランダムな形状を有し3～6nmのサイズ分布を持つことをTEM観察から確認した。この溶液をガラス基板上にスピンコート（回転速度3000rpmまたは4000rpm）することで、1層、2層または3層構造のZnO薄膜を作製した。多層膜の形成過程では、1層ごとにフィルムを80℃で2分間乾燥し、最終的に400℃で15分間アニールした。ガラス基板上に得られた膜は、SEM観察から、粒子形状由来の凹凸と不均一さがあるものの、約10nmの孔径を有する多孔質膜であり、厚さは100～200nmであることがわかった。また、薄膜XRD分析から、ZnO構造の存在が確認されている。蛍光特性はコロイド溶液と同一であり、ZnO材料について予想される365nmの励起に対して525nm付近の発光ピークを示した。また、本ZnO膜は、透明系に必要とされる80％以上の透過率を示した。現在のところ、このZnO薄膜上に電気泳動堆積法を用いたMo6クラスター層の形成を行っている。これまでに、UV光の下で赤色発光を有する金属クラスターの薄い層の堆積を確認しているが、均質層の形成にはプロセスパラメータの最適化が必要である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ZnOナノ粒子の合成条件をほぼ確立し、短時間で再現性の良い溶液調製が可能となった。現況では、スピンコーティングの回転速度、時間、層などのパラメータを変化させ、薄膜作製の最適化を精力的に進めている。また、NIMSの施設を用いて、合成材料の構造、光学および化学特性の調査を進めている。 装置は自分自身で操作でき、必要に応じて専門家のアドバイスを受けることもでき、順調に進んでいる。ZnO薄膜上へのMo6クラスターの堆積にも着手したところであり、今後はナノインプリント（NIL）装置の使用も予定している。
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| Strategy for Future Research Activity |
合成パラメータの最適化は、LSCシステムの効率向上に帰結する重要な課題である。特にZnO溶液濃度およびスピンコーティングパラメータ、用いる金属クラスターの種類（CsMoCl、CsMoB、CsMoIF など）と最適添加濃度、膜の構造（ZnO /クラスター積層膜、クラスター/ZnO積層膜、両方の混合膜など）についてさらに検討を行う。
ポリマーをマトリックスに使用するとZnO薄膜上への金属クラスターの堆積特性が改善されると予想され、PEG、PVPまたはPMMAの併用を検討する。これと並行して、光の閉じ込め効果による変換効率の向上を目的としたNILプロセスの開発を進める。その際、 パターンのタイプ、厚さ、ナノインプリントする層、圧力および温度の効果など、多くのパラメータについての検討が必要である。最終的に、得られたLSCの特性と変換効率を太陽電池に組み込んで評価する。
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[Journal Article] Transparent tantalum cluster-based UV and IR blocking electrochromic devices2017
Author(s)
A. Renaud, M. Wilmet, T. G. Truong, M. Seze, P. Lemoine, N. Dumait, W. Chen, N. Saito, T. Ohsawa, T. Uchikoshi, N. Ohashi, S. Cordier and F. Grasse
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Journal Title
J. Mater. Chem. C
Volume: 5
Pages: 8160-8168
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Mo6 cluster-based compounds for energy conversion applications: comparative study of photoluminescence and cathodoluminescence2017
Author(s)
B. Dierre, K. Costuas, N. Dumait, S. Paofai, M. Amela-Cortes, Y. Molard, F. Grasset F, Y. Cho, K. Takahashi, N. Ohashi, T. Uchikoshi, S. Cordier
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Journal Title
Sci. Tech. Adv. Mater.
Volume: 18
Pages: 458-466
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] A layered wide-gap oxyhalide semiconductor with an infinite ZnO2 square planar sheet: Sr2ZnO2Cl22017
Author(s)
Yu Su, Yoshihiro Tsujimoto, Akira Miura, Shinichiro Asai, Maxim Avdeev, Hiraku Ogino, Miho Ako, Alexei A. Belik, Takatsugu Masuda, Tetsuo Uchikoshi, Kazunari Yamaura
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Journal Title
Chem.Commun.
Volume: 53
Pages: 3826-3829
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] From Colloidal Solution to Nanocomposite Materials: ZnO, SiO2 and Transition Metal Cluster2017
Author(s)
F. Grasset, T. K. N. Nguyen, W. Chen, A. Renaud, N. Saito, B. Dierre, N. Saito, N. Dumait, S. Cordier, N. Ohashi, T. Uchikoshi
Organizer
JSPMIC 2017
Int'l Joint Research / Invited
