2018 Fiscal Year Research-status Report
Development and Application of Fluorochromic Inorganic Phosphors
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17K06801
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
藤原 忍 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (60276417)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
第2年度（平成30年度）は、初年度に引き続いて表面微細構造を制御した無機蛍光体材料における界面化学反応とフルオロクロミズム特性との関係を調べる（研究1）とともに、新しい反応機構の構築を目指した新物質の探索（研究2）も行った。具体的な材料として、研究1ではY2WO6:Eu3+、YVO4:Eu3+、HfO2:Tb3+、Y-Eu系層状水酸化物のプロセス開発と発光ならびにフルオロクロミズム特性の向上を図った。研究2ではY2O3:Eu3+、BaSnO3:Sm3+の構造設計とプロセス開発を行った。
水熱合成により作製した高比表面積を有するY2WO6:Eu3+マイクロ粒子では、水素ガスに対する還元応答性が白金ナノ粒子の担持により大きく向上することを見いだした。2相ゾルゲル法により作製したYVO4:Eu3+ナノ/マイクロ構造体では、プロセスの改善により機械的強度の高い膜試料を得ることができ、溶液中の過酸化水素に対する定量的な応答性と気相中の過酸化水素に対する高速かつ高感度な応答性を実現した。ゾルゲル法により作製したHfO2:Tb3+薄膜では膜構造の精密な制御により高い面発光強度を実現した。液相法により作製したY-Eu系層状水酸化物では、粒子表面への有機酸アニオンの吸着による発光増強とアニオン濃度との関係に定量性を見いだした。
金属-有機構造体（MOF）を前駆体として作製した多孔質なY2O3:Eu3+粒子では溶液中の金属イオンとの相互作用によるフルオロクロミズムの発現を見いだし、選択的な金属イオンセンサとして有望であることを明らかにした。BaSnO3:Sm3+では、格子欠陥と発光特性との関係を詳細に調べたが、まだ不明な点が多くさらなる調査が必要である。
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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
本研究では初年度より、フルオロクロミック無機蛍光体の開発に向けて基礎ステージ（材料デザイン、合成実験、評価実験）から応用ステージ（固体光学素子の開発に向けた試験）へと、用いる材料の種類に応じて段階的に研究を進めている。また、それぞれの材料に対して複合的な研究課題を設定し、多角的な視点からフルオロクロミズムの実現に関連した研究となるよう心がけている。
第2年度は初年度よりも多い6種類の無機蛍光体材料について、材料デザイン、合成実験、評価実験の流れに従って研究を進めることができ、水素ガスセンシング、過酸化水素センシング、有機酸アニオンセンシング、金属イオンセンシングの実現可能性が極めて高い材料群を構築することができた。また、応用ステージに向けて、簡便に取り扱うことのできるマイクロ粒子および膜材料においても、それぞれの化学的応答性の向上を実現することができた。膜材料を用いた酸化還元応答性については、初年度に引き続き連携研究者の協力を得て、有機蛍光色素を導入した無機半導体膜において電気化学的なクロミズム特性が発現することを見いだし、酸化還元とフルオロクロミズムの関係における重要な知見を得ることができた。以上のように、当初計画の通り本研究は順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の最終年度となる平成31年度は、当初の計画通り、光化学素子の開発と新規な無機蛍光物質の探索およびその合成プロセス設計を進める。とくに、平成30年度までに得られたセンシングに有望な無機蛍光体の材料群に対して、水素ガスセンサ、過酸化水素センサ、有機酸アニオンセンサ、金属イオンセンサとして利用するのに必要な技術開発を行う。具体的には、それぞれの材料に対する最適な形状付与（マイクロ粒子、薄膜、厚膜など）と簡便な励起光照射および蛍光観測のための光学系の設計および試作である。また、本研究課題を今後も継続して進めていくために、新たな無機蛍光物質としてペロブスカイト型チタン酸塩と層状複水酸化物に注目し、それぞれ酸化還元応答性とリン酸イオンに特化したアニオン応答性を実現する。とくに後者は、リン酸イオンのセンシングと回収を同時に実現できる材料であり、環境応答性の新たなフルオロクロミズム材料として展開していく予定である。
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| Causes of Carryover |
複数の実験が順調に進んだおかげで当初計画よりも実験消耗品に多くの予算を費やした。そのため、今年度は旅費としての使用がなくなり、４万円強の残額が生じた。なお、本来の次年度分の使用計画に変更はない。
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