2013 Fiscal Year Research-status Report
無機蛍光物質の表面制御に基づく化学応答性イメージング材料の開発
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25420715
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
藤原 忍 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (60276417)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 蛍光体 / ナノ材料 / 光物性 / 表面科学 / イメージング / センシング |
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| Research Abstract |
本研究は、化学的環境との相互作用による発光色の変化や発光・消光の制御が可能な無機蛍光体材料開発の基盤を構築することを目的としている。初年度（平成25年度）は、蛍光体材料の表面微細構造と界面における化学反応との関係に注目し、酸化還元反応に応答して発光明滅スイッチングを示すCePO4:Tb3+およびCeO2:Sm3+ならびに有機分子の挿入により分子応答性スイッチングを示すY-Eu系層状水酸化物およびMg-Al-Eu系層状複水酸化物の構造設計およびプロセス開発に焦点を当てて研究を進めた。さらには新物質の開拓を目指して表面構造を制御したCaNb2O6、CaWO4およびCeVO4のプロセス設計と発光特性の調査も行った。
CePO4:Tb3+およびCeO2:Sm3+では、単結晶的なナノ粒子および薄膜状の試料を作製し、それぞれの発光特性と酸化還元応答性との関係を調べた。その結果、粒子の最表面として露出する結晶面の種類によって応答性が変化することがわかり、適切な結晶面が露出したナノサイズの試料においては数秒単位と高速な酸化還元応答が可能であることが見出された。水熱反応により作製した層状複水酸化物では、高温焼成による酸化物への変換と室温での水溶液への浸漬による水酸化物への変換を交互に繰り返す際、水溶液中に特定の有機分子が存在するときにのみ、発光が増強されることがわかり、有機分子センシングとして利用できる可能性が示された。新物質のプロセス設計には、不混和な溶媒を利用した液液二相系における合成反応などを導入し、新たな表面形態を有する粒子を作製することに成功した。これらの材料については次年度に外場応答性の詳細な調査を行う。液液二相系を利用した合成については、Y-Eu系層状水酸化物にも適用でき、合成時における層間への特定の有機分子の取り込みとそれに伴う発光増強が確認された。
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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
初年度（平成25年度）の研究計画に沿って、酸化還元応答性および分子応答性の発光スイッチング機能を有する無機蛍光体材料について、材料デザイン、合成、評価、試験の実験を行った。材料デザインの観点からは、CaNb2O6、CaWO4、CeVO4、Mg-Al-Eu系層状複水酸化物の4種類の新規な材料を新たに設定し、それぞれの発光特性およびスイッチング機能付与の可能性について検討することができた。合成、評価、試験の観点からは、これまでに調査を進めていたCePO4:Tb3+およびCeO2:Sm3+について、新しい微細構造を有する試料のプロセス開発を通して、スイッチング機能と微細構造の関係を明らかにできるような実験が進められた。特に、露出した結晶面と応答性との関係は重要な知見であり、これをうまく制御すれば秒単位の高速応答性が得られることが新たにわかった。以上のことは実験遂行の体制が順調に機能した結果であり、次年度以降も同様な進展が見込まれる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度に得られた結果を基にして、同様の研究体制・手順を維持しながら、無機蛍光体材料の形態制御をさらに進め、表面微細構造と蛍光スイッチング特性との関係をより深く追究する。また、得られたスイッチング材料を新しい固体光化学素子として応用するための加工・処理技術ならびにスイッチング機構に応じた利用技術を連携研究者とともに開発する。さらに、用途に即した励起・発光特性を有する新規な無機蛍光物質の探索と評価を行う。具体的には、酸化セリウムのナノ構造体を用いて、簡易なブラックライトを光源とする長波長UVの照射により蛍光明滅スイッチングを起こすことのできる蛍光体を開発する。また、適切なアニオンの選択により発光効率を高めた層状希土類水酸化物蛍光体を合成し、分子応答性蛍光スイッチングの感度の向上に関する研究を進展させる。固体光化学素子としては、薄膜型酸化還元光センサ、薄膜型酸素光センサ、コロイド型酸化還元化学種センサなどを想定しており、その動作原理の設計と評価を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
予定していた石英ガラス基板の購入に際し、こちらが想定していたよりも納期がかかったため、次年度に発注することとした。
本来の翌年度分の使用計画に変更はない。
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