2022 Fiscal Year Research-status Report
近赤外領域に広帯域発光帯を有する新規透光性結晶化ガラス蛍光体の創製
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21K14412
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
七井 靖 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 電気情報学群, 助教 (80755166)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 蛍光体 / 近赤外線 / 結晶化ガラス / ガラス / 3d遷移金属イオン / 希土類イオン / 光物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度はCr2O3-CaO-GeO2前駆体ガラスを熱処理することで得られるクロムイオン添加Cr2O3添加Ca2Ge7O16結晶化ガラスについて、その結晶形態や発光特性を詳細に議論した。
熱重量示差熱分析により、Cr2O3-CaO-GeO2前駆体ガラスの結晶化温度が763℃であることが明らかになった。また、Cr2O3-CaO-GeO2前駆体ガラスを熱処理した試料の透過型電子顕微鏡像を撮影した。その結果、熱処理温度が結晶化温度より低い試料では、ガラス質の中にc軸方向に配向成長したロッド状結晶の析出が確認できた。熱処理温度が結晶化温度より高い試料では、ワイヤ状結晶が析出していることが分かった。
前駆体ガラスおよび結晶化ガラス中に含まれるクロムイオンの価数を評価するために、拡散反射スペクトルを測定した。前駆体ガラスでは6配位構造中のCr3+イオン、およびCr6+の電荷移動遷移に起因した光吸収ピークが確認された。結晶化ガラスでは6配位構造中のCr3+に起因した光吸収ピークの短波長側へのシフトした。さらに、結晶化温度以上の熱処理温度で作製した試料では4配位、または6配位構造中のCr4+に起因する光吸収ピークが新たに現れた。
各試料の発光量子収率を測定したところ、前駆体ガラスは0.04であった。熱処理試料は熱処理温度の上昇に伴いその値は上昇し、775℃で最大（0.2）となった。また、熱処理温度800℃の試料では量子収率が低下した。蛍光寿命の熱処理温度増加に伴う単調増加も踏まえると、この量子収率の低下は発光に寄与しないCr4+およびCr6+の光吸収の影響によるものだと考えられる。
以上の成果は応用物理学会、近赤外研究会、および日本セラミック協会で報告するとともに、第38回近赤外フォーラムではBest Poster Awardを受賞した。また、前年度の成果と合わせて現在学術論文にまとめている。
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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
前年度得られた新規結晶化ガラス蛍光体Cr2O3添加Ca2Ge7O16は、基礎的な評価は行えていたが、詳細な結晶形態、光学的特性、および発光特性の評価は不十分であった。今年度は熱分析や電子顕微鏡観察、拡散反射スペクトル測定、量子収率測定により、材料の緒特性をより深く理解できた。
当初予定していた前駆体ガラスの組成制御による発光特性制御については若干遅れているものの、作製条件の目途はつけられ、試料の準備は進んている。また、今年度得られた知見を活かすことで、円滑な材料評価が期待できる。
以上より、本研究はおおむね順調に進展していると総合的に判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
前駆体ガラスの組成変化に対するCr2O3添加Ca2Ge7O16結晶化ガラス蛍光体の発光特性制御を行う。具体的には、Cr2O3や電荷補償剤であるアルカリ金属イオン等の添加量に対して結晶形態、光学的特性、および発光特性がどのように変化するのか解明し、透光性を維持しつつ、広帯域な近赤外発光を示す材料の開発を目指す。また、その成果を学術論文にまとめることを1つの目標とする。
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| Causes of Carryover |
今年度は材料の物性評価に重きを置いたため、試薬の使用量が想定より少なかった。
次年度使用額は試薬購入や論文掲載料に充てる予定である。
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