2023 Fiscal Year Research-status Report
安心で高い耐久性を有する量子ドットLED：植物から学ぶ
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23K17348
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
齋藤 健一 広島大学, 自然科学研究支援開発センター, 教授 (80302579)
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| Project Period (FY) |
2023-06-30 – 2027-03-31
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| Keywords | 量子ドット / 低次元半導体 / ＬＥＤ / もみ殻 / バイオマス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
量子ドットは夢の材料とよばれ，それを用いたＴＶやタブレットが出回り始めた。しかし，その本格的普及には解決すべき課題（毒性，効率，耐久性）がある。応募者は過去19年間の研究で，世界初の青色発光のシリコン量子ドット（SiQD）ならびにそのLED の開発，もみ殻を原料としたSiQD LED の開発，世界最高レベルの発光効率のSiQDの合成，などを報告してきた。これらの成果を基盤に，本研究ではもみ殻を原料に量子ドットと量子ドットLEDを開発する。具体的には，Siを発光体とした量子ドットLEDを開発し，その原料には植物由来のシリカ（SiO2）を用いる。もみ殻の25 %の成分（2100万トン/年）はSiO2，これはガラスである。なぜ，もみ殻か？その理由は構造にある。もみ殻から得た多孔質Siは，強固かつフレキシブルなナノ構造を有する。もみ殻から合成した多孔質Siをリチウムイオン電池の負極剤に用いると，5倍以上の高い耐久性が，充放電の繰り返し特性において得られている。その高い耐久性を量子ドットに適用する。そして，安全・安心・安価，高効率，高耐久性のSi量子ドットを用い，実用化を見据えた量子ドットLEDを開発する。2023年度では，原料となるもみ殻の粉砕条件を工夫した。また，平行して行った化学合成による手法では，世界トップレベルの発光効率を有するSiQDの合成に成功した。更に，これを発光体としたLEDを開発し，その変換効率も世界トップレベルとなった。
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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
計画通りに進行している。平行して行っている化学合成では，期待以上の成果が得られている。この手法も本プロジェクトに反映できるため，大変よいと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
もみ殻を粉砕し，もみ殻に含まれる1％程の無機物を塩酸で除去する。その後，もみ殻を電気炉で燃焼し，シリカ(SiO2)を得る。このSiO2とマグネシウムを電気炉で酸化還元反応させ多孔質Siを得る。副生成物を酸処理の後，表面を炭化水素で化学修飾する。この手順で，SiQDを合成する。
Si量子ドットの評価を以下の手法で行う。サイズ測定（電子顕微鏡）, 発光スペクトル，発光効率測定, 表面構造（XPS，IRスペクトル，NMR測定）により評価する。
Si量子ドットLEDの作製を以下の手順で行う。導電性高分子溶液の塗布による成膜，量子ドット溶液の塗布による成膜，電極の真空蒸着による成膜により作製する。
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| Causes of Carryover |
導入予定の備品の選定に時間を要したため。具体的には，新しい製品が出る話，ならびに導入予定の装置が廃盤になる話を業者からきき，装置導入を次年度に繰り越した方が，より適した装置を導入し，予算を有効に使えると判断したため。
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