2022 Fiscal Year Research-status Report

Red and near-infrared emission upconversion phosphors utilizing oxide host crystal phonons

Research Project

Project/Area Number	21K04656
Research Institution	Tokai University
Principal Investigator	冨田恒之東海大学, 理学部, 教授 (00419235)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	アップコンバージョン蛍光体 / 希土類 / 酸化物 / 錯体ゲル法 / 多フォノン緩和
Outline of Annual Research Achievements	アップコンバージョン発光とは、エネルギーの低い長波長の光を多光子・多段階励起により、エネルギーの高い短波長の光に変換する現象である。太陽電池や3Dボリュームディスプレイなど、様々な分野での応用が期待されている。一般的に酸化物は化学的、物理的に安定であり、高温環境での用途に有益であるため、近年特に高温環境下での応用が注目されている。 2022年度は、ErとYbをドープしたLaGdO3に対して、Gdの一部をYに置換した化合物を作製し、赤色発光の強度について詳細に検証した。試料はくえん酸水溶液をベースとする錯体ゲル法で合成した。構成元素の硝酸塩水溶液を目的の化学量論比で混合し、くえん酸を加え、120℃で蒸発乾固、450℃で仮焼、1200℃で焼成することで目的物を合成した。Gdに対するYの置換量が65％を超えることで結晶構造に変化が見られ、それ以上では赤色発光が急激に減少した。それ以下の置換量では結晶構造はLaGdO3と同一であり、いずれも強い赤色発光を示した。また、TmとYbをドープしたRETa7O19（REは希土類元素）を錯体ゲル法で合成し、800nm付近の近赤外発光を調査した。REにY、Gd、La、Ybを用いたところ、800nmの発光はY=Gd>La>Ybとなった。REの最適値はTm7％、Yb80％に対して13％のYまたはGdを含む試料であった。80%を占めるYbに対して13％程度を別の元素に置き換えることで周囲の対称性が崩れ、これによりff遷移確率が向上することで発光が増大したと考えられる。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 赤色および800nmの近赤外発光に対してそれぞれ明るいアップコンバージョンが見出されており、おおむね順調に進展している。
Strategy for Future Research Activity	赤色および800nmの近赤外発光に対してどのような材料で明るい発光が見られるかという情報が蓄積してきたことから、その理由に対する学術的な解釈を与える研究へと進展させる。
Causes of Carryover	2022年度予算についてはほぼ使い切ったが、残額がごく少額（1466円）のみ残った。この残額については2023年度の消耗品の購入に充当する。