2018 Fiscal Year Research-status Report
Band-gap engineering of novel phosphors with narrow f-f emission
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18K04714
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| Research Institution | Okayama University of Science |
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Principal Investigator |
佐藤 泰史 岡山理科大学, 理学部, 准教授 (90383504)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 蛍光体 / バンドギャップ制御 / f-f発光 / ランタノイドイオン / 酸窒化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
①ペロブスカイト酸窒化物固溶体CaM1-xTaxO3-xNx:Pr3+（M=ZrおよびHf、CZTON:PrおよびCHTON:Pr）について、M/TaおよびO/N比を変化させることでバンドギャップ（Eg）を制御し、近紫外領域の励起光を用いてPr3+イオンからのf-f発光の発現を検討している。今年度は、これらの系における発光特性の向上を目的に、水溶液プロセスを用いた高純度試料の合成を検討した。高純度のZrCl4およびHfCl4を出発原料に、H2O2水、NH3水、乳酸を用いて水溶性の乳酸ZrおよびHf錯体を合成し、これらを用いてアモルファス金属錯体法により試料を合成した。CHTON:Prではいずれも単相の直方晶ペロブスカイトであり、EgはHf/TaおよびO/N比の変化（x値）に対して2.4～5.0eVの間で系統的に変化した。x=0.35の試料において、Egは約3.0eVとなり、バンド間遷移を介した近紫外光励起によりPr3+からの赤色発光を確認した。
②Eu3+を賦活することで強いf-f発光を示すCa3MSi2O9（M=Zr、Hf）をベースに、M4+→Ta5+およびO→Nのようにカチオン・アニオンを共置換したCa3M1-xTaxSi2O9-xNxを提案し、置換した窒素の2p軌道の価電子帯への寄与により、Egを3eV前後に制御したf-f発光型蛍光体の合成を検討した。錯体重合法を用いて合成した酸化物前駆体をアンモニアガス流通下、1000～1200℃で窒化処理したところ、焼成温度の減少に伴い不純物であるCaTaO2N相やTa3N5相が減少し、目的相のCa3TaSi2O9-yNy相が増加することを確認した。さらに反応ガス（150ml/min）中のアンモニア/窒素のガス比率を100%から20%程度まで減少させることで、Ca3TaSi2O9-xNx相の増加と結晶性向上を確認した。
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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
同一の結晶構造を有する酸化物－酸窒化物固溶体をホスト物質として用いることで、ホスト物質のバンドギャップ制御による励起エネルギーの長波長化に成功し、近紫外光励起によるPr3+からのf-f発光を実現した。加えて、水溶液法による合成プロセスの確立に目途が立ち、試料の高純度化に伴う発光特性の向上も期待できる。さらに学生ならびに研究協力者とも緊密に連携を進めていることから、当初の計画通りにおおむね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
①引き続き、酸化物－酸窒化物固溶体をベースにしたホスト物質の探索を進める。従来のペロブスカイト系に加え、パイロクロア系やシーライト系といった他の酸化物－酸窒化物固溶体においても物質探索を行い、アニオンサイトへの窒素導入によるバンドギャップ制御法を確立し、ホスト物質のバリエーションを増やしていく。加えて、水溶液合成プロセスによる試料合成を進め、蛍光体試料の高純度化とそれに伴う発光特性の向上を目指す。
②引き続き、カチオン・アニオン共置換系Ca3Hf1-xTaxSi2O9の合成を検討し、近紫外光励起のよる賦活したランタノイドイオンからのf-f発光の実現を目指す。焼成時の窒素導入法として、従来のアンモニアガスによる窒化処理に加えて、炭化窒素を用いた窒化処理も検討し、試料の窒化度を精密にコントロールすることで目的物質の単相化を実現する。
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