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単一粒子分光解析を用いた希土類配位結晶の刺激発光機能の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21H02031
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分36010:無機物質および無機材料化学関連
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

中西 貴之  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, 主任研究員 (30609855)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2023年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2022年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2021年度: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円)
キーワード蛍光体 / 希土類 / 配位結晶 / 刺激発光性 / 配位化合物 / 刺激発光 / 希土類配位蛍光体 / 単粒子解析 / 発光 / 力学刺激発光
研究開始時の研究の概要

刺激発光は破壊など力学刺激により結晶固体が発光する現象である。ここではソフトな希土類配位結晶が示す刺激発光体の学理と材料化に向け、”一粒の結晶粒子”に注目した顕微単粒子分光解析を取り入れた学術研究を進め、その特異現象の原理解明と材料設計指針を明確する。具体的には、希土類配位化合物の単結晶を用いた顕微単粒子診断解析により、結晶構造および刺激発光を含めた光物性、破壊に関する機械特性を系統的にデータ収集し、その特徴量に用いて体系化する。また超音波ミスト合成法を運用して、新規の希土類配位結晶を多数見つけてその評価を進め質と量を揃えた物質創製研究を行う。

研究成果の概要

本研究の主目的は、強力な『力学刺激発光を示す希土類配位結晶』の設計指針を明らかにする材料学理の構築を行うことである。力学刺激発光を示す配位化合物の結晶に対して詳細な分光測定/解析を行い、その特異現象の光物理と刺激発光性を創出する物質設計の実証と材料化学深化を目的に研究を行なった。具体的には顕微レベルの分光測定装置を立ち上げ、粒子からの可視刺激発光測定と放射速度定数解析に必要な刺激蛍光寿命τ/s測定および解析を行った。その結果、実際の放射速度定数の値が光励起による放射および非輻射の速度定数と大きく異なる値を示すことを単結晶粒子を用いた解析で明らかにすることができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では希土類配位結晶が示すユニークな光機能の解明を目指す。立ち上げた測定システムの本格運用と多角的な見地からポリマー結晶や単核錯体など多くの刺激発光体の合成、評価を進めた。その結果、温度等のパラメータの違いに対して刺激発光励起と光発光励起の本質的な物理過程に違いがあることを見出すことができた。またりん光発光性の刺激発光体としてGdを用いた配位結晶による検討の結果、刺激発光の励起寿命時間の方が一様に長くなることがわかり、刺激発光の起源には有機配位子側の励起状態の寄与が深く関わっていることが明確にできた。本研究により新たな価値が付与された新しい光機能材料の開発が進むと考えている。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] Ca'Foscari University of Venice(イタリア)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Mechanofluorochromism and self-recovery of alkylsilylpyrene-1-carboxamides2024

    • 著者名/発表者名
      Hirai Yuichi、Wrona-Piotrowicz Anna、Zakrzewski Janusz、Ciechanska Magdalena、Ohmura Takahito、Takeda Takashi、Nakanishi Takayuki、Metivier Remi、Allain Clemence
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry C

      巻: 12 号: 6 ページ: 1952-1957

    • DOI

      10.1039/d3tc03968d

    • 関連する報告書
      2023 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] Thermostable Europium Polymer Crystalline Spherical Beads and Their Photophysical Properties2023

    • 著者名/発表者名
      Nakanishi Takayuki、Xu Jian、Hirosaki Naoto、Takeda Takashi
    • 雑誌名

      Sensors and Materials

      巻: 35 号: 2 ページ: 529

    • DOI

      10.18494/SAM4150

    • ISSN
      0914-4935, 2435-0869
    • 年月日
      2023-02-20
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Structural metamorphosis and photophysical properties of thermostable nano- and microcrystalline lanthanide polymer with flexible coordination chains2023

    • 著者名/発表者名
      Nakanishi Takayuki、Hirai Yuichi、Xu Jian、Takeda Takashi、Watanabe Shunsuke、Yasumori Atsuo、Hakamada Shou、Kitagawa Yuichi、Hasegawa Yasuchika
    • 雑誌名

      Science and Technology of Advanced Materials

      巻: 24 号: 1 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1080/14686996.2023.2183711

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Bright lanthanideIII tribolumines-cence despite low photoluminescence, and dual triboluminescence and mechano-responsive photoluminescence2023

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Hirai, Stan Van Baaren, Takahito Ohmura, Takayuki Nakanishi, Takashi Takeda, Yuichi Kitagawa, Yasuchika Hasegawa, Remi Metivier and Clemence Allain
    • 雑誌名

      Advanced Optical Materials

      巻: 11 号: 9 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1002/adom.202203139

    • 関連する報告書
      2022 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] Cyan-Emitting Sialon-Polytypoid Phosphor Discovered by a Single-Particle-Diagnosis Approach2021

    • 著者名/発表者名
      Jian Xu, Shiro Funahashi, Kohsei Takahashi, Takayuki Nakanishi, Naoto Hirosaki, Takashi Takeda
    • 雑誌名

      ECS Journal of Solid State Science and Technology

      巻: 10 号: 11 ページ: 1160021-6

    • DOI

      10.1149/2162-8777/ac331c

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 次世代LEDディスプレイを指向する古くも新しい希土類配位蛍光体2021

    • 著者名/発表者名
      中西貴之
    • 雑誌名

      日本電子材料技術協会会報

      巻: 52 ページ: 27-31

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 微小LEDディスプレイを指向する新規希土類配位蛍光体の光物性2023

    • 著者名/発表者名
      中西 貴之,許 健, 高橋 向星, 広崎 尚登, 武田 隆史
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Decoding triboluminescence by a tetramorphic lanthanide(III) coordination polymer2023

    • 著者名/発表者名
      Hirai Yuichi, Ohmura Takahito, Nakanishi Takayuki, Takeda Takashi, Remi Metivier, Clemence Allain
    • 学会等名
      11th International Conference on f-Elements
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 希土類無機分子の光機能2023

    • 著者名/発表者名
      中西 貴之
    • 学会等名
      極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第13回研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 次世代LED-displayに向けた希土類配位蛍光体の材料設計と光機能評価2023

    • 著者名/発表者名
      中西 貴之
    • 学会等名
      第393回蛍光体同学会講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Polymorphic lanthanide(III) coordination polymers with mechano-responsive luminescence2022

    • 著者名/発表者名
      HIRAI Yuichi, OHMURA Takahito, TAKEDA Takashi, NAKANISHI Takayuki
    • 学会等名
      44th International Conference on Coordination Chemistry
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Bright Triboluminescence of An Inefficient Photoluminescent Eu(III) Complex2022

    • 著者名/発表者名
      HIRAI Yuichi, TAKEDA Takashi, OHMURA Takahito, NAKANISHI Takayuki
    • 学会等名
      29th RARE EARTH RESEARCH CONFERENCE (RERC29)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 蛍光体単結晶を用いた光励起状態からのエネルギー移動経路の検討2021

    • 著者名/発表者名
      中西貴之
    • 学会等名
      応用物理学会 極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第1回研究会 (兼 第17回次世代先端光科学研究会)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光電流法による希土類蛍光体の電荷移動経路2021

    • 著者名/発表者名
      中西 貴之, 角野 裕貴, 北川 裕一, 樋口 幹雄, 竹村 翔太, 高橋 向星, 武田 隆史, 長谷川 靖哉, 廣崎 尚登
    • 学会等名
      第37回希土類討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [産業財産権] 発光測定装置および発光測定方法2021

    • 発明者名
      中西貴之、武田隆史、高橋向星、広崎尚登
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-110727
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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