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欠陥キャラクタリゼーションによる新規蓄光材料の開発

研究課題

研究課題/領域番号 12J00943
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 無機材料・物性
研究機関京都大学

研究代表者

片山 裕美子  京都大学, 大学院人間・環境学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2012 – 2013
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
2013年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2012年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードフラセオジム / 残光蛍光体 / ペロブスカイト / 光電流 / プラセオジム
研究概要

本研究は、より高輝度な赤色長残光蛍光体を創生するための指針を得ることを目的とし、希土類添加ペロプスカイト酸化物残光蛍光体を中心に材料作製を行い、光電流などの新たな手法を用いて、その機構解明を試みた。当該年度は、Pr^<3+> : 1^D_2→3^H_4にもとづく赤色蛍光を示すPr^<3+>イオンを発光中心とした(Ca, Sr)TiO_(3)、(Ca, Y)(Ti, Al)O_(3)固溶体を作製し、その光電物性を評価した。Pr^<3+>を添加した(Ca, Sr)TiO_3固溶体中の発光機構について、発光および光電流測定を行うことにより知見を得た。具体的には、Pr^<3+>イオンの発光過程において、形成されるとされてきた電荷移動状態Pr^<3+>+Ti^<4+>→Pr^<4+>+Ti^<3+>をTi^<3+>を3d軌道が形成する母体の伝導帯下端への電子移動、つまり光電流として実験的に初めて観測した。これにより、Pr^<3+>の4f準位と母体の電子エネルギー構造のエネルギー位置関係を明らかにした。さらに、熱ルミネッセンス測定などの残光特性評価により、CaTiO_3からSrTiO_3量が増えるに従ってキャリアトラップ深さは浅くなる傾向があることを示した。前述の結果をもとに、バンドギャップを広げることにより、トラップ深さを制御できると考え、(Ca, Y)(Ti, Al)O_(3) : Pr蛍光体を作製し、光物性評価を行った。Y、Alの置換量が増加するとともに、バンドギャップ、電荷移動遷移エネルギーは増加し、トラップ深さエネルギーがわずかに増加することが明らかとなった。また、Pr^<3+>イオンの4fエネルギー準位に対する相対的な伝導帯エネルギー上昇により、5%という微量のY, Al置換によって、赤色発光(Pr^<3+> : ^1D_2→^3H_4)強度が6倍まで高められた。以上のようにPr添加ペロブスカイト残光蛍光体について、組成を変化させることにより、残光特性を制御できることが示された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の目的通り、Pr^<3+>を発光中心とするベロブスカイト蛍光体の発光機構について、光電流測定により電荷移動遷移状態を介していることを実験的に示すことができた。また、組成を変化させることによる残光特性の制御にも成功した。

今後の研究の推進方策

今後、残光に寄与するトラップについての知見を得るため、Pr以外の希土類イオン(Ce, Tb)を共添加した場合の特性変化について調査する。また、ペロブスカイト構造特有の温度による構造相転移に伴う、母体電子構造と発光中心であるPr^<3+>間のエネルギー移動や発光効率の変化などについても議論していく。

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2014 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Modulation of the optical properties of Pr<sup>3+</sup>-doped Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> ceramics by Zr doping2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Katayama, H. Tomimoto, J. Ueda, S. Tanabe
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 122 号: 1421 ページ: 89-92

    • DOI

      10.2109/jcersj2.122.89

    • NAID

      130004950899

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photo-electronic properties and persistent luminescence in Pr^<3+> doped (Ca, Sr) TiO_3 ceramics2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Katayama, J. Ueda, S. Tanabe
    • 雑誌名

      Journal of Luminescence

      巻: 148 ページ: 290-295

    • DOI

      10.1016/j.jlumin.2013.12.041

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Bi_2O_3 doping on persistent luminescence of MgGeO_3 : Mn^(2+) phosphor2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Katayama, J. Ueda, S. Tanabe
    • 雑誌名

      Optical Materials Express

      巻: 4 号: 4 ページ: 613-623

    • DOI

      10.1364/ome.4.000613

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 〓chanism of quantum cutting in Pr3+-Yb3+ codoped oxyfluoride glass ceramics2013

    • 著者名/発表者名
      Yumiko Katayama, Setsuhisa Tanabe
    • 雑誌名

      Journal of Luminescence

      巻: 134 ページ: 5-5

    • DOI

      10.1016/j.jlumin.2012.06.042

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 希土類含有量子切断波長変換材料2013

    • 著者名/発表者名
      田部勢津久、片山裕美子
    • 雑誌名

      月刊マテリアルステージ

      巻: 12 ページ: 5-5

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [雑誌論文] Optical and optoelectronic analysis of persistent luminescence in Eu2+- Dy3+ codoped SrAl2O4 ceramic phosphor2012

    • 著者名/発表者名
      Jumpei Ueda, Takayuki Nakanishi, Yumiko Katayama, Setsuhisa
    • 雑誌名

      Physica Status Solidi C

      巻: 9 号: 12 ページ: 4-4

    • DOI

      10.1002/pssc.201200299

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Mn-Bi共添加MgGeO_3, 蛍光体における赤色長残光機能発現2014

    • 著者名/発表者名
      片山裕美子、上田純平、田部勢津久
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2014年年会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2014-03-17
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] バイオイメージング応用に向けたMgGeO_3 : Mn2+-Ln3+(Ln=Yb, Eu)赤色長残光蛍光体の光物性評価2014

    • 著者名/発表者名
      家弓朋広、片山裕美子、上田純平、田部勢津久
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2014年年会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2014-03-17
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Pr3+添加CaTiO_3-YAIO_3固溶体結晶の光物性評価2013

    • 著者名/発表者名
      片山裕美子、上田純平、田部勢津久
    • 学会等名
      第54回ガラスおよびフォトニクス材料討論会
    • 発表場所
      池田
    • 年月日
      2013-11-22
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Red persistent and photostimulable phosphors for bio-imaging2013

    • 著者名/発表者名
      S. Tanabe, Y. Katayama
    • 学会等名
      The 2^<nd> Intemational Workshop on Persistent and Photostimulable Phosphors
    • 発表場所
      広州
    • 年月日
      2013-11-17
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Effect of Bi doping on persistent luminescence and photo-stimulated luminescence properties of MgGeO_3 : Mn2+2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Katayama, J. Ueda, S. Tanabe
    • 学会等名
      International Workshop on Luminescent Materials 2013 (LumiMat'13)
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2013-11-15
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Bi_2O_3添加MgGeO_3 : Mn^<2+>蛍光体における赤色長残光特性2013

    • 著者名/発表者名
      片山裕美子、上田純平、田部勢津久
    • 学会等名
      第35回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      京田辺
    • 年月日
      2013-09-16
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Intervalence charge transfer and optoelectronic property in (Ca, Sr) TiO_3 : Pr^<3+>2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Katayama, S. Tanabe
    • 学会等名
      10^<th> Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology (PACRIM 10)
    • 発表場所
      サンディエゴ
    • 年月日
      2013-06-04
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] ter valence charge transfer and optoelectronic property in (Ca, Sr)TiO3 : Pr3+2013

    • 著者名/発表者名
      Yumiko Katayama, Setsuhisa Tanabe
    • 学会等名
      10th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology (PACRIM 10)
    • 発表場所
      Hotel Del Coronado (San Diego, USA)(発表予定)
    • 年月日
      2013-06-04
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] (Ca, Sr)TiO3 : Pr3+における原子価間電荷移動と光電子物性2013

    • 著者名/発表者名
      片山裕美子、田部勢津久
    • 学会等名
      The 23rd Meeting on Glasses for Photonics
    • 発表場所
      キャンパスプラザ京都(京都府)
    • 年月日
      2013-01-30
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 希土類添加SrF2結晶における青色-近赤外量子切断現象2012

    • 著者名/発表者名
      片山裕美子、田部勢津久
    • 学会等名
      第4回薄膜太陽電池セミナー2012
    • 発表場所
      龍谷大学アバンティ響都ホール(京都府)
    • 年月日
      2012-10-19
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Pr3+-Yb3+共添加セラミックスの作製と光学特性評価2012

    • 著者名/発表者名
      富本英輝、片山裕美子、上田純平、田部勢津久、藤岡加奈、藤本靖
    • 学会等名
      日本セラミックス協会年会 第25回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県)
    • 年月日
      2012-09-19
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [備考] 田部研究室ホームページ

    • URL

      http://www.talab.h.kyoto-u.ac.jp

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

URL: 

公開日: 2013-04-25   更新日: 2024-03-26  

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