Development of novel transparent glass-ceramics with a broad emission band in the near-infrared region

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14412
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
• 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)
• Principal Investigator: Yasushi Nanai 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)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 蛍光体 / 近赤外線 / 発光特性 / 結晶化ガラス

Outline of Final Research Achievements

This study was conducted to develop novel transparent glass ceramic phosphors with a broad emission band in the near-infrared (NIR) region. We discovered Cr2O3-CaO-GeO2 glass ceramic phosphors with broadband NIR emission and translucency. The Ca2Ge7O16 nanocrystals were grown in the glass with heat treatment. For photoluminescence (PL) measurements, the broad NIR emission of Cr3+ was observed. This result indicates that the 6-coordinated Ge4+ sites in the Ca2Ge7O16 were found to serve as substitution sites for Cr3+. Through diffuse reflection spectra and luminescence decay measurements, we have found that the valence of chromium ions must be controlled to achieve high PL quantum yields. In addition, The morphology of nanocrystals grown in the glass can be controlled by adding alkali metals.

Free Research Field

光物性実験、材料工学（特に蛍光体材料）

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、近赤外分光分析用の発光ダイオードへの応用に指向し、広帯域な近赤外発光と透光性を有する結晶化ガラスを開発するための指針を得ることを目的とした。新規材料の開発と物性評価を通して、Cr3+が6配位のGe4+サイト中でも発光することを明らかにし、近赤外蛍光体の材料設計に新しい指針を示すことができた。また、高効率な発光を得るためには結晶化ガラス中のクロムイオンの価数制御が重要な課題になることを分光測定により解明できた。これらの成果を踏まえた材料開発は、将来的に近赤外線を用いた非破壊成分分析を利用する農業や医療など、多くの応用分野の発展に寄与するものである。