2020 Fiscal Year Annual Research Report
価電子帯制御に基づく新規光機能性複合アニオン材料の創製
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19J23280
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
北川 裕貴 京都大学, 人間・環境学研究科, 特別研究員(DC1)
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2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | 赤色蛍光体 / 複合アニオン化合物 / 電子構造 / 電荷移動遷移 / 第一原理計算 / Judd-Ofelt理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、化合物の複合アニオン組成によって電子構造における価電子帯位置を制御し、発光中心3価ユウロピウムイオンの特異な光物性を示す新規光機能性材料の創製を目的としている。当該年度は、[1]酸窒化物YSiO2N、および[2]酸ハロゲン化物YOX(X=Cl,Br)に関して、以下に示すように詳細な光物性評価に取り組んだ。
[1]サイト選択分光法によって、反転中心の有無がEu3+発光にもたらす影響を調査した。蛍光寿命および蛍光励起スペクトルの温度依存性を解析することにより、Eu3+まわりの配位多面体が温度上昇に伴って歪むことで、従来のモデルでは説明できない特異な温度消光挙動を示すことを明らかにした。また、X線吸収分光測定によって窒素雰囲気での低温アニーリングによって酸窒化物中のユウロピウムイオンの価数制御が可能であることを見出し、Eu3+発光の増強を実現した。本研究成果に関しては、現在論文投稿準備中である。
[2]酸ハロゲン化物配位子場中のEu3+発光に関して、他の酸化物系では見られないような、700nm付近の強い深赤色発光を観測した。発光スペクトルのJudd-Ofelt解析によって、酸ハロゲン化物のような酸素よりも共有結合性の高いアニオンを含む化合物では、Judd-Ofelt強度パラメータΩ4が非常に大きくなることを見出した。また同構造をもつ化合物間での物性比較から、Eu3+まわりの対称性だけでなく配位多面体幾何が自然放出確率の増大に影響することを示した。さらに蛍光スペクトル・蛍光寿命の温度依存性測定から、価電子帯制御による電荷移動遷移バンドのシフトに起因する励起状態のダイナミクスについて議論し、YOX:Eu3+蛍光体の温度消光メカニズムを明らかにした。この成果はJournal of Applied Physics誌に論文受理された。
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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
当該年度は、Eu3+添加YSiO2N、YOCl、およびYOBrの光物性評価を行った。いずれの系についても、今後の蛍光体材料設計指針に新たな知見をもたらす重要な成果が得られており、研究は順調に進んでいるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
YSiO2N系では、希土類共添加による赤色長残光は発現しなかった。しかし、良好な温度特性を示すことから、赤色長残光蛍光体の母体材料として酸窒化物は有望であると考え、他の組成の希土類酸窒化物を中心に材料探索を行う。
酸ハロゲン化物に関して、当初はYOCl-YOBr系の固溶体を作製し、その光物性およびハロゲン化物イオン比を制御することによる長残光特性への影響を評価する予定であった。しかし、高温・高真空状態で容易に分解されてしまうことによって、熱ルミネッセンスグロー曲線測定によるトラップ深さ解析が困難であるという問題点が浮上した。したがって、当初の目的であった、価電子帯制御による赤色長残光発現はYOX系では困難であると考え、高温でも安定な酸窒化物系へと主たるターゲットを変更する。
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