長残光蛍光体における表面欠陥と光学および残光特性の関係

• 研究課題/領域番号: 20K15030
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分26020:無機材料および物性関連
• 研究機関: 新潟大学 (2021); 中央大学 (2020)
• 研究代表者: 渡邉 美寿貴 新潟大学, 自然科学系, 助教 (60847987)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 長残光蛍光体 / 表面欠陥 / 発光特性 / 長残光 / 蛍光体 / 雰囲気制御可能な光学測定用ガラスセル

研究開始時の研究の概要

申請者は、長残光蛍光体のナノ粒子化に伴い大きく変化する表面状態が光学・残光特性に与える影響が未解明である点に着目し、長残光蛍光体における表面欠陥と光学・残光特性の関係性を明らかにすることを本研究の目的とした。今までにない取り組みとして、独自に考案した光学測定セルを用いることで表面状態を制御し、その変化に伴う光学・残光特性の変化を観察する。さらに、光電流測定を取り入れて電子移動機構を明らかにし、残光プロセスにおける表面欠陥の役割を考察する。本研究課題に取り組むことで、長残光蛍光体のナノ粒子化において求められる、新たな評価法の確立と材料設計指針の提示が可能になる。

研究成果の概要

本研究では、発光イオンとして2価のユーロピウムイオン（Eu2+）添加したアルカリ土類アルミン酸塩の長残光蛍光体の表面欠陥と発光・残光特性の関係を調査した。
SrAl2O4 : Eu2+において、Eu2+固溶量によって発光特性が大きく変化し、その結晶構造と発光特性の間に関係性があることが示唆された．欠陥量を増やすことで発光特性が変化することを確認した。独自のガラスセルユニットを用いて表面吸着物質の影響のない状態での評価を試みた結果、SrAl2O4 : Eu2+における発光特性の変化は、表面吸着物質の影響ではなく、表面欠陥量の増大や変化に起因するものであることが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本課題により、SrAl2O4:Eu2+をはじめとした長残光蛍光体において、表面に吸着物質の無い状態で、物質の欠陥のみの発光特性を評価することに成功し、その欠陥状態により、発光特性が変化することが明らかとなった。ほとんど未解明であった材料自体の表面欠陥が光学・残光特性に与える影響を調査する方法を考案し、実際にその影響を調査した本課題で得られた知見は、バイオイメージング材料としての応用など、今後新たに応用用途が広がっていくことが予想される長残光蛍光体について、一つの材料設計を示す鍵となることが期待される。