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バンド端蛍光を発するCdフリー量子ドットの合成と応用

研究課題

研究課題/領域番号 18H03863
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分28:ナノマイクロ科学およびその関連分野
研究機関大阪大学

研究代表者

桑畑 進  大阪大学, 工学研究科, 教授 (40186565)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
41,600千円 (直接経費: 32,000千円、間接経費: 9,600千円)
2020年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円)
2019年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
2018年度: 23,790千円 (直接経費: 18,300千円、間接経費: 5,490千円)
キーワード量子ドット / 半導体ナノ粒子 / フォトルミネッセンス / 量子サイズ効果 / コア・シェル構造 / カドミウムフリー / 蛍光材料
研究成果の概要

サイズが10 nm以下である半導体ナノ粒子(量子ドット)は、バルク半導体が有しない発光特性や量子サイズ効果を示す。しかし、高性能な量子ドットは全てカドミウム化合物である。我々は、カドミウム元素を複数の低毒性元素に置き換えることにより、カドミウムフリーの量子ドットを合成することに成功している。しかし、スペクトル的にブロードな欠陥サイトからの発光ゆえ、その特性は十分だとは言えない。本研究では、量子ドット表面に他種の半導体を被覆するコア・シェル構造体を構成する事で、シャープなバンド端発光を示す量子ドットへ劇的に変身させ、量子ドットを実用性を向上させるコア・シェルテクノロジーの開発を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

サイズが10 nm以下の半導体粒子は量子ドットと呼ばれており、蛍光を発し、その色は粒子のサイズで変化し、かつ有機蛍光分子よりも耐久性が優れているので、新しい発光素子として興味が持たれている。しかし、これまでに開発されてきた高特性な量子ドットは全てカドミウム化合物であった。我々は、2007年に蛍光を発するカドミウムを含まない量子ドットを開発したが、その蛍光は欠陥サイトから発せられるため、カドミウム化合物量子ドットより劣っていた。しかし、本研究によってバンド端から蛍光を発する、カドミウム化合物と同等の高特性な量子ドットの作製に成功し、量子ドットの本格的応用の可能性を開いた。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (40件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 3件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (26件) (うち国際学会 12件、 招待講演 7件) 図書 (1件) 産業財産権 (5件)

  • [雑誌論文] Variations in Photoluminescence Intensity of a Quantum Dot Assembly Investigated by Its Adsorption on Cubic Metal-Organic Frameworks2021

    • 著者名/発表者名
      Kumagai Kohei、Uematsu Taro、Torimoto Tsukasa、Kuwabata Susumu
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 125 号: 15 ページ: 8285-8293

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.1c00232

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Photoluminescence Enhancement by Light Harvesting of Metal-Organic Frameworks Surrounding Semiconductor Quantum Dots2020

    • 著者名/発表者名
      Kumagai Kohei、Uematsu Taro、Torimoto Tsukasa、Kuwabata Susumu
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 33 号: 5 ページ: 1607-1617

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.0c03367

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Efficient quantum-dot light-emitting diodes using ZnS/AgInS2 solid-solution quantum dots in combination with organic charge-transport materials2020

    • 著者名/発表者名
      Motomura Genichi、Ogura Kei、Kameyama Tatsuya、Torimoto Tsukasa、Uematsu Taro、Kuwabata Susumu、Tsuzuki Toshimitsu
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 116 号: 9 ページ: 093302-093302

    • DOI

      10.1063/1.5143618

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tailored Photoluminescence Properties of Ag(In,Ga)Se2 Quantum Dots for Near-Infrared In Vivo Imaging2020

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Kameyama, Hiroki Yamauchi, Takahisa Yamamoto, Toshiki Mizumaki, Hiroshi Yukawa, Masahiro Yamamoto, Shigeru Ikeda, Taro Uematsu, Yoshinobu Baba, Susumu Kuwabata, Tsukasa Torimoto
    • 雑誌名

      ACS Applied Nano Materials

      巻: 3 号: 4 ページ: 3275-3287

    • DOI

      10.1021/acsanm.9b02608

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Direct surface modification of semiconductor quantum dots with metal-organic frameworks2019

    • 著者名/発表者名
      Kumagai Kohei、Uematsu Taro、Torimoto Tsukasa、Kuwabata Susumu
    • 雑誌名

      CrystEngComm

      巻: 21 号: 37 ページ: 5568-5577

    • DOI

      10.1039/c9ce00769e

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Core Nanoparticle Engineering for Narrower and More Intense Band-Edge Emission from AgInS2/GaSx Core/Shell Quantum Dots2019

    • 著者名/発表者名
      Hoisang Watcharaporn、Uematsu Taro、Yamamoto Takahisa、Torimoto Tsukasa、Kuwabata Susumu
    • 雑誌名

      Nanomaterials

      巻: 9 号: 12 ページ: 1763-1763

    • DOI

      10.3390/nano9121763

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Wavelength-Tunable Band-Edge Photoluminescence of Nonstoichiometric Ag-In-S Nanoparticles via Ga3+ Doping2018

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Kameyama, Marino Kishi, Chie Miyamae, Dharmendar Kumar Sharma, Shuzo Hirata, Takahisa Yamamoto, Taro Uematsu, Martin Vacha, Susumu Kuwabata, and Tsukasa Torimoto
    • 雑誌名

      ACS Applied Mater. Interfaces

      巻: 10 号: 49 ページ: 42844-42855

    • DOI

      10.1021/acsami.8b15222

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Narrow band-edge photoluminescence from AgInS2 semiconductor nanoparticles by the formation of amorphous III-VI semiconductor shells2018

    • 著者名/発表者名
      Taro Uematsu, Kazutaka Wajima, Dharmendar Kumar Sharma, Shuzo Hirata, Takahisa Yamamoto, Tatsuya Kameyama, Martin Vacha, Tsukasa Torimoto, and Susumu Kuwabata
    • 雑誌名

      NPG Asia Mater.

      巻: 10 号: 8 ページ: 713-726

    • DOI

      10.1038/s41427-018-0067-9

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 量子ドット~高機能化・高性能化のための表面デザイン~2021

    • 著者名/発表者名
      桑畑 進、上松 太郎
    • 学会等名
      電気化学会第88回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光捕集効果を示すMOFからのエネルギー移動による量子ドットの発光増強2021

    • 著者名/発表者名
      上松 太郎, 熊谷 康平, 鳥本 司, 桑畑 進
    • 学会等名
      電気化学会第88回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 発光性半導体ナノ粒子(量子ドット)を用いたEL素子の作製:発光効率向上を目的とした素子構造の検討2021

    • 著者名/発表者名
      泉 竜之介、三田 寛人、上松 太郎、鳥本 司、桑畑 進
    • 学会等名
      電気化学会第88回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Preparation of multicolor carbon dots for photoelectrochemical studies2021

    • 著者名/発表者名
      テパキッドゥアリクン マナンヤー、上松 太郎、桑畑 進
    • 学会等名
      電気化学会第88回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] カドミウムフリー量子ドットの機能向上2020

    • 著者名/発表者名
      上松 太郎
    • 学会等名
      ニューセラミックス懇話会第241回研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Band-Edge Emission from AgInS2/Ga2S3 Core/Shell Quantum Dots and Enhancement of Their Quantum Yield2020

    • 著者名/発表者名
      Susumu Kuwabata
    • 学会等名
      PRiME 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Embedding Quantum Dots with High Quantum Yield in Inorganic Matrix By Sol-Gel Method2020

    • 著者名/発表者名
      Daiki Nishimura, Taro Uematsu, Tsukasa Torimoto, and Susumu Kuwabata
    • 学会等名
      PRiME 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Narrow-Band Photoluminescence from Cadmium-Free I-III-VI Ternary Semiconductor Quantum Dots By Surface Modification2020

    • 著者名/発表者名
      T. Uematsu, K. Wajima, W. Hoisang, D. K. Sharma, S. Hirata, T. Yamamoto, T. Kameyama, M. Vacha, T. Torimoto, and S. Kuwabata
    • 学会等名
      PRiME 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication and Evaluation of Electroluminescence Devices Using Quantum Dots As Light Emitting Materials2020

    • 著者名/発表者名
      R. Izumi, T. Uematsu, T. Torimoto, and S. Kuwabata
    • 学会等名
      PRiME 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthesis of color-tunable Ag(InxGa1-x)S2/GaSy core/shell quantum dots2020

    • 著者名/発表者名
      Watcharaporn Hoisang, Taro Uematsu, Tsukasa Torimoto, and Susumu Kuwabata
    • 学会等名
      電気化学会第87 回大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ゾル・ゲル法による量子ドット蛍光体を分散させた固体マトリクスの調製2020

    • 著者名/発表者名
      西村大輝、上松太郎、鳥本 司、桑畑 進
    • 学会等名
      電気化学会第87 回大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] コア/シェル量子ドットの電子構造が光励起電子移動に及ぼす影響2020

    • 著者名/発表者名
      上松太郎,笹倉卓也,鳥本 司,桑畑 進
    • 学会等名
      電気化学会第87 回大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Improving Photoluminescence Properties of Cadmium-free Quantum Dots by the Optimization of Nanostructure2020

    • 著者名/発表者名
      Taro Uematsu
    • 学会等名
      日本化学会 第100春季年会 アジア国際シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Synthesis of Organic Ligand Free Quantum Dots in Solid State2019

    • 著者名/発表者名
      Daiki Nishimura, Taro Uematsu, Tsukasa Torimoto, and Susumu Kuwabata
    • 学会等名
      Taiwan Japan Bilateral Workshop 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 硫化ガリウムシェルを有するCu-Ag-In-S量子ドットの合成と赤色発光2019

    • 著者名/発表者名
      神畑知輝、上松太郎、鳥本 司、桑畑 進
    • 学会等名
      2019年電気化学秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 金属有機構造体(MOFs)で包埋した量子ドットの合成と発光特性2019

    • 著者名/発表者名
      神野賢人、熊谷康平、上松太郎、鳥本 司、桑畑 進
    • 学会等名
      2019年電気化学秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Metal-organic frameworks as novel stabilizers for semiconductor quantum dots2019

    • 著者名/発表者名
      Kohei Kumagai, Taro Uematsu, Tsukasa Torimoto, and Susumu Kuwabata
    • 学会等名
      The 1st Australia-Belgium-Japan joint symposium on excitonics and cellular communication
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Studies on exciton confinement effect of core/shell quantum dot fluorophores by photoinduced electron transfer2019

    • 著者名/発表者名
      笹倉卓也,上松太郎,鳥本司,桑畑進
    • 学会等名
      電気化学会 関西支部・東海支部合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Photoluminescence Intensity and Quality Enhancement for AgInS2/GaSx Core/shell Quantum Dots by Improving Core Synthesis Method2019

    • 著者名/発表者名
      Taro Uematsu,Watcharaporn Hoisang,Tsukasa Torimoto,Susumu Kuwabata
    • 学会等名
      Taiwan Japan Bilateral Workshop 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] カドミウムフリー量子ドットからの バンド端発光と光学特性向上2019

    • 著者名/発表者名
      上松 太郎
    • 学会等名
      高分子討論会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Improvement of optical properties for cadmium-free quantum dot fluorophores2019

    • 著者名/発表者名
      Taro Uematsu
    • 学会等名
      The 65th Annual Meeting of PSJ
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Improvement of Photoluminescence Property of Band-edge Emission from AgInS2/Ga2S3 Core/shell Quantum Dots2018

    • 著者名/発表者名
      Susumu Kuwabata
    • 学会等名
      IDW' 18
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Developments of novel semiconductor nanoparticles stabilized with metal-organic frameworks (MOFs)2018

    • 著者名/発表者名
      Kohei Kumagai, Taro Uematsu, and Susumu Kuwabata
    • 学会等名
      22nd Topical Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Narrow Band-edge Emission from AgInS2/GaSx Core/shell Quantum Dots: Improvement of Quantum Yield2018

    • 著者名/発表者名
      Taro Uematsu, Kazutaka Wajima, Dharmendar Kumar Sharma, Shuzo Hirata, Takahisa Yamamoto, Tatsuya Kameyama, Martin Vacha, Tsukasa Torimoto, and Susumu Kuwabata
    • 学会等名
      Japan-Taiwan Bilateral Workshop on Nano-Science
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] AgInS2/GaSx コア/シェル量子ドットコロイドからのバンド端発光と光学特性の向上2018

    • 著者名/発表者名
      上松 太郎,輪島 知卓,SHARMA Dharmendar Kumar,平田 修造,山本 剛久,亀山 達矢,VACHA Martin,鳥本 司,小谷松 大祐,桑畑 進
    • 学会等名
      2018年応用物理学会秋季講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 光電子移動を利用したコア/シェル型量子ドット蛍光体の励起子閉じ込め効果に関する評価2018

    • 著者名/発表者名
      笹倉卓也、上松太郎、鳥本 司、桑畑 進
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [図書] 「次世代ディスプレイへの応用に向けた材料、プロセス技術の開発動向」2020

    • 著者名/発表者名
      上松 太郎、桑畑 進
    • 出版者
      技術情報協会誌
    • ISBN
      9784861047794
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [産業財産権] 半導体ナノ粒子の製造方法及び発光デバイス2021

    • 発明者名
      桑畑進、上松太郎、鳥本司、亀山達矢、久保朋也
    • 権利者名
      桑畑進、上松太郎、鳥本司、亀山達矢、久保朋也
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-036602
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [産業財産権] 量子ドット発光素子、量子ドット発光素子の製造方法、及び表示装置2021

    • 発明者名
      本村玄一、都築俊満、岩崎有希子、桑畑進、上松太郎
    • 権利者名
      本村玄一、都築俊満、岩崎有希子、桑畑進、上松太郎
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-032002
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [産業財産権] 発光材料及びその製造方法2020

    • 発明者名
      桑畑 進、上松太郎、鳥本 司、亀山達矢、小谷松大祐
    • 権利者名
      桑畑 進、上松太郎、鳥本 司、亀山達矢、小谷松大祐
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2020-040093
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [産業財産権] 半導体ナノ粒子の製造方法2020

    • 発明者名
      桑畑 進、上松太郎、鳥本 司、亀山達矢、小谷松大祐
    • 権利者名
      桑畑 進、上松太郎、鳥本 司、亀山達矢、小谷松大祐
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2020-040094
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [産業財産権] 半導体ナノ粒子の製造方法2018

    • 発明者名
      桑畑 進、上松 太郎、小谷松 大祐、鳥本 司、亀山 達矢
    • 権利者名
      桑畑 進、上松 太郎、小谷松 大祐、鳥本 司、亀山 達矢
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2019-021769
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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