2021 Fiscal Year Research-status Report
高密度発光性欠陥導入による珪酸塩結晶への蛍光フォトクロミズム誘起
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20K05087
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
米崎 功記 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (20377592)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | フォトクロミズム / 蛍光体 / 酸化還元反応 / 光化学反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
・刺激光によりグラセライト型化合物へ導入された電子欠陥の調査
M3MgSi2O8(M:Ba,Sr,Ca)の化学組成をもつ珪酸塩化合物は、希土類金属イオンを微量添加することで紫外光を可視光に変換する蛍光体として機能する。ユウロピウムイオンを含有するM3MgSi2O8を大気中、1000℃以上の高温で合成すると紫外励起光照射時に３価のユウロピウムイオン由来の橙色発光を示すが、研究代表者は、同蛍光体に特定の刺激光を照射すると、照射部の発光色が橙色から赤紫色に変化することを発見した。蛍光色変化は刺激光により発生した光電子によるユウロピウムイオンの還元による現象であることを明らかにしたが、どのような特徴の電子がユウロピウムイオンの還元に寄与するかは未解明のままであった。研究代表者は類似した結晶構造をもつ(K,Na)2SO4グラセライト単結晶を飽和水溶液から育成し、電子スピン共鳴スペクトルの磁場に対する方位依存性から、結晶構造中に存在する３回回転軸近辺の電子が光電子として光照射により放出されやすいことを明らかにした。本研究結果は蛍光体の蛍光色制御機能の改善に向けて、結晶構造中どの部分に改良、修飾を加えるべきかを明らかにしたものであり、蛍光体の発光色を外部制御を実現するうえで重要な材料・デバイス開発の指針を示すものである。
・同型化合物に対する発光中心の光還元能の確認
(K,Na)2SO4はM3MgSi2O8珪酸塩と類似構造をもつ化合物である。上記研究結果に基づき、ユウロピウムを微量添加することで、紫外励起光照射時に３価のユウロピウムイオン由来の橙色発光を示すこと、ならびに刺激光照射により発光色変化が橙色から青色に変化することを確認し、グラセライト型結晶構造特有の光還元反応が、蛍光体の発光色制御のための重要な要素であることを明らかにした。
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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
本研究計画は研究代表者が発見した光刺激により発光色が変化する蛍光体に関して【１．珪酸塩蛍光体結晶への構造歪み導入】【２．光刺激による蛍光色変化の原因解明】【３．蛍光色変化に寄与する構造的特徴の解明】【４．蛍光色変化に寄与する構造の高密度導入】の４項目を３年間で実現する計画である。
２年間の研究期間を経て、項目１および項目２については、当初の計画に準じた成果が得られた。項目３についても、目的珪酸塩蛍光体と類似の結晶構造（陽イオンと陰イオンの配列）を有する酸化物単結晶の育成や、電子スピン共鳴法を通じた刺激光照射前後の物質内部の変化をモニタリングに成功しており、進捗状況は順調である。
本研究は発光色を制御できる発光材料の開発を目標に据え、物質内部の不対電子の観察を通して、目標を実現するために結晶が持つべき構造的特徴を明らかにしようとしている。研究を遂行するうえで大きな問題は発生していないが、研究代表者の予定もしくは予想通りの結果が得られない場合には不対電子の観察を取りやめ、赤外・ラマン分光法といった振動分光学に基づいた観察を通して構造歪みが蛍光色変化に及ぼす影響を調査する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は研究代表者が発見した珪酸塩蛍光体にみられる「外部刺激光が特定の励起光を様々な色の可視発光に変換する現象」の原因を特定し、その変化量および安定性の改善・改良を試みるものである。上記研究結果をもとに、今後は以下の課題に取り組む予定である。
【グラセライト型化合物の刺激光による蛍光色制御】M3MgSi2O8(M:Ba,Sr,Ca)と類似の結晶構造を持つ化合物は珪酸塩、硫酸塩に限らず数多く存在する。これらの化合物を対象にユウロピウムイオン蛍光の色制御について調査し、類似構造を持つ場合に組成や結晶構造の違いが、発光色制御に及ぼす影響について系統的調査を試みる。
【不対電子が高密度発生する酸化物の開発】光刺激により不対電子が高密度発生しやすい結晶構造をもつ物質を開発する。
に順を追って取り組む予定である。
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