2液分相現象を利用した道波路型構造を持つ光機能性ガラスの作製

• Project/Area Number: 11875139
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Inorganic materials/Physical properties
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 安盛 敦雄 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (40182349)
• Project Period (FY): 1999 – 2000
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2000)
• Budget Amount: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2000: ¥200,000 (Direct Cost: ¥200,000); Fiscal Year 1999: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
• Keywords: 分相 / 希土類 / ケイ酸塩ガラス / 発光 / ユーロピウム / 蛍光 / ユーロピラム / 溶融

Research Abstract

液相線以上で2液分相を生じる系では、分相融液を延伸操作等を加えながら冷却することで、分相組織が延伸方向に伸長・配向したガラス材料の作製が可能になる。本研究では、2液分相領域を有するCaO-SiO_2系融液に、蛍光物質として希土類イオンを添加し、延伸操作等を加えながら急冷することにより分相組織を持つ材料を作製し、その蛍光特性などの光学特性を調査することで、新しい光学材料作製の可能性に関して検討を行うことを目的として研究を進めた。
昨年度に引き続き、希土類としてEuを、マトリックスガラス相としてはCaO-SiO_2系選択した。本年度は分相組織を制御するため第3成分としてAl_2O_3を添加し、2液分相を示す所定の組成の融液を急冷することにより、試料を作製した。CaO/SiO_2比を固定しAl_2O_3含有量を増加させていくと分相組織の大きさが大幅に小さくなり、その組織の変化に対応して試料の透過率が増加することが確認された。しかし、Eu^<3+>の発光強度は、試料の透過率が高くなると極大値を示し、その後は減少する傾向を示した。またESR測定の結果では、各組成間によるEu^<2+>量の変化は認められず、Eu^<3+>の濃度は各組成間で変化していないことが確認された。これらの結果から、試料中のEu^<3+>の発光特性は、分相組織に依存する試料の光散乱特性と、Al_2O_3添加によるEuまわりの配位子場の変化に伴うEuの電子状態の変化の2つに影響されることが明らかとなった。
一方、分相融液を延伸操作を加えながら冷却することで、分相組織が延伸方向に伸長・配向したガラスを作製した。得られたガラスの吸収スペクトル、発光スペクトル測定を行い、透過率と発光強度がともに増加することが認められた。以上の結果より、分相組織と希土類イオンの種類・濃度等を最適化することで、新規の発光材料が作製できることが示唆された。