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2020 Fiscal Year Research-status Report

Design and Development of Persistent Phosphors by Constructing Vacuum Referred Binding Energy Diagram

Research Project

Project/Area Number 18KK0405
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

上田 純平  京都大学, 人間・環境学研究科, 助教 (90633181)

Project Period (FY) 2019 – 2021
Keywords長残光蛍光体 / 蓄光材料 / 電子トラップ / 希土類イオン
Outline of Annual Research Achievements

基課題においては、白色LED照明に使用されているCe3+やEu2+の希土類イオンが添加された蛍光体の温度消光原因を解明することが目的であった。その消光原因として、Ce3+やEu2+の励起電子が熱により伝導帯へ移動する熱イオン化が考えられ、イオン化によって生じた電子が結晶欠陥に捕獲・熱解放される現象を効果的に利用することにより、いくつかの蛍光体において熱イオン化による消光を証明した。この熱イオン化消光は、見方を変えると、励起光の遮断後も長時間発光が続く長残光現象における蓄光過程である。よって、本国際共同研究では、観測した消光機構を逆手に取り、蛍光体における電子トラップ種やトラップ深さの調整を行うことで、新規長残光蛍光体への展開・開発を目的とする。
昨年度は、Ce3+添加ガーネット蛍光体における熱消光プロセスから、伝導帯のエネルギー位置が低いGd3Ga5O12(GGG)ホストに着目し、Pr3+とTb3+を残光中心イオン、Eu3+を電子トラップイオンとして賦活することで、白色長残光蛍光体の開発を行った。
本年度は、GGG:Pr3+-Eu3+, GGG:Tb3+-Eu3+, GGG:Pr3+-Tb3+-Eu3+における発光・長残光メカニズムの詳細な調査を行った。真空準位を基準としたエネルギーダイアグラムと熱ルミネッセンス励起スペクトルなどの光学特性評価から、残光中心イオンと電子トラップ間の電子移動プロセスや発光色と長残光色の違いなど様々な光物性を明らかにした。また、ホスト組成のGd3+のため得られた長残光蛍光体は高い磁気モーメントを有する常磁性体であり、水中に分散した白色長残光蛍光体粒子はNdFeB磁石により引き寄せられることを示した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は、開発したGGG:Pr3+-Tb3+-Eu3+白色長残光蛍光体の発光・長残光メカニズムに注力し、研究を行い、詳細な光物性を明らかにした。例えば、本蛍光体は254nmの紫外線励起により赤色発光を示すが、紫外線励起遮断により白色長残光を示す。この大きな発光色の変化が、発光励起過程と長残光機構と密接に関連しているこを明らかにした。また、開発したGGG:Pr3+-Eu3+白色長残光蛍光体は、報告されている白色長残光蛍光体において残光輝度が0.32mcd/m-2に達するまでの長残光時間が13.3hと最も長かった。さらに、ホスト組成の一部であるGd3+の特性を活かし、「磁石にくっつく白色長残光蛍光体」というユニークな機能を有する材料であることも示し、今後の応用展開が期待される。
なお、これらの研究成果は、Advanced Photonics Researchに投稿し、出版された。

以上より、おおむね順調に進展していると評価できる。

Strategy for Future Research Activity

本年度は、残光メカニズムなどより基礎的な物性評価に注力してきたが、今後は応用に向け新たな長残光蛍光体の開発を固体電子構造に基づいた材料設計指針に従い、積極的に行う予定である。また、作製したPr3+が残光中心イオンとして働く長残光蛍光体は、2光子から1光子の変換であるアップコンバージョン蓄光が可能であることを見出した。低エネルギー蓄光により高エネルギー残光を得られる本機構は、紫外線蓄光が難しいような環境においてメリットを有しており、新たな応用展開が期待されるため、アップコンバージョン蓄光についても研究を進める。

  • Research Products

    (15 results)

All 2021 2020 Other

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 3 results) Remarks (5 results)

  • [Journal Article] Development of White Persistent Phosphors by Manipulating Lanthanide Ions in Gadolinium Gallium Garnets2021

    • Author(s)
      Ueda Jumpei、Miyano Shun、Xu Jian、Dorenbos Pieter、Tanabe Setsuhisa
    • Journal Title

      Advanced Photonics Research

      Volume: 2 Pages: 2000102~2000102

    • DOI

      10.1002/adpr.202000102

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Boltzmann Thermometry in Cr3+‐Doped Ga2O3 Polymorphs: The Structure Matters!2021

    • Author(s)
      Back Michele、Ueda Jumpei、Nambu Hiroshi、Fujita Masami、Yamamoto Akira、Yoshida Hisao、Tanaka Hiromitsu、Brik Mikhail G.、Tanabe Setsuhisa
    • Journal Title

      Advanced Optical Materials

      Volume: - Pages: 2100033~2100033

    • DOI

      10.1002/adom.202100033

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Pressure-induced variation of persistent luminescence characteristics in Y3Al5?xGaxO12:Ce3+?M3+(M = Yb, and Cr) phosphors: opposite trend of trap depth for 4f and 3d metal ions2020

    • Author(s)
      Ueda Jumpei、Harada Masaya、Miyano Shun、Yamada Akihiro、Tanabe Setsuhisa
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 22 Pages: 19502~19511

    • DOI

      10.1039/D0CP03520C

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Red luminescent Eu2+ in K2MgH4 and comparison with KMgH32020

    • Author(s)
      Ueda Jumpei、Wylezich Thomas、Kunkel Nathalie、Tanabe Setsuhisa
    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry C

      Volume: 8 Pages: 5124~5130

    • DOI

      10.1039/C9TC06459A

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 真空準位基準束縛エネルギー図を利用した ランタニドイオン添加白色長残光蛍光体の開発2021

    • Author(s)
      上田 純平, 宮野 隼, 許 健, P. Dorenbos, 田部 勢津久
    • Organizer
      The 31st Meeting on Glasses for Photonics
  • [Presentation] 価数制御によるMn4+添加LaAlO3深赤色蛍光体の高効率化2021

    • Author(s)
      幸塚 駿佑,上田 純平,田部 勢津久,中西 貴之,廣崎 尚登
    • Organizer
      日本セラミックス協会 2021年年会
  • [Presentation] Understanding of Hole Trap Depths by Pr3+ and Tb3+ in RE2O2S:Eu3+(RE=Y, Lu, Gd, La) Persistent Phosphors2021

    • Author(s)
      J. Ueda, A. Hashimoto, Y. Aoki, P. Dorenbos, S. Tanabe,
    • Organizer
      第11回フォトニクスのための材料研究会
  • [Presentation] “光らない”から“光り続ける”を創る2020

    • Author(s)
      上田 純平
    • Organizer
      文科省 科学技術・学術政策研究所講演会「近未来への招待状 ~ナイスステップな研究者2019からのメッセージ~」
    • Invited
  • [Presentation] 水素化物と酸水素化物における希土類イオンの発光特性2020

    • Author(s)
      上田 純平,T. Wylezich, N. Kunkel, 松石 聡, 田部 勢津久
    • Organizer
      物質材料機構セミナー "第67回 サイアロン研究会
    • Invited
  • [Presentation] ペロブスカイト関連構造を有するEu2+添加水素化物の発光特性2020

    • Author(s)
      上田 純平,T. Wylezich, N. Kunkel, 田部 勢津久
    • Organizer
      第381回 蛍光体同学会講演会
    • Invited
  • [Remarks] 京都大学大学院人間・環境学研究科 教員紹介

    • URL

      https://www.h.kyoto-u.ac.jp/academic_f/faculty_f/342_ueda_j_0/

  • [Remarks] 京都大学 教育研究活動データベース

    • URL

      https://kyouindb.iimc.kyoto-u.ac.jp/j/bD6qE

  • [Remarks] researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/--0

  • [Remarks] 京都大学大学院人間・環境学研究科 田部研究室

    • URL

      http://www.talab.h.kyoto-u.ac.jp/

  • [Remarks] ReseachGate

    • URL

      https://www.researchgate.net/profile/Jumpei-Ueda

URL: 

Published: 2021-12-27  

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