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ダブルペロブスカイト型複合酸化物を基材とする新しい着色無機顔料の開発

研究課題

研究課題/領域番号 22K04698
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分26020:無機材料および物性関連
研究機関鳥取大学

研究代表者

増井 敏行  鳥取大学, 工学研究科, 教授 (00304006)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワードダブルペロブスカイト / 無機顔料 / 色材 / 赤色 / 複合酸化物 / 配位子場理論 / セリウム / ペロブスカイト
研究開始時の研究の概要

本研究の最終目標は、鮮やかな色彩を有するダブルペロブスカイト型複合酸化物を母体とする環境調和型の着色無機顔料の開発である。研究代表者は、これまでに行ってきた酸化物系顔料の研究成果を踏まえ、本研究において以下の3つの課題に取り組む。
[課題1] Ba2LnTaO6(Ln = La, Gd, Y)を母体とする新規着色無機顔料の合成と物性評価
[課題2] 組成の最適化
[課題3] 開発顔料の耐薬品性及び耐候性評価

研究実績の概要

色材である無機顔料において有害元素を含む従来のものから,安全な物質かつ安全なプロセスで合成された材料へ転換する機運が高まっている.本研究ではダブルペロブスカイト型金属複合酸化物を母体とし,発色源となるイオンを固溶させて組成や結晶場を制御することで,安全な物質とプロセスで多彩な色を発現する新規酸化物系無機顔料の開発を目指した.
令和5年度は,新規な赤色無機顔料の開発を目指し,発色源としてCo2+に着目した.Co2+は八面体配位されたサイトに固溶すると,d-d遷移により緑色光(波長490~560 nm)を吸収するため,赤色の発色が期待できる.そこで,ダブルペロブスカイト型構造のCa2MgWO6を母材料に選択し,Mg2+サイトにCo2+を固溶させたCa2Mg1-xCoxWO6(0 < x < 0.50)を合成したところ,試料は薄橙色を呈した.さらに,Co2+濃度の増大に伴ってd-d遷移による光吸収が強まり,試料色は次第に褐色へと変化した.これらのうち,薄橙色を呈したCa2Mg1-xCoxWO6(0.10 < x < 0.30)試料に工夫を加えれば,赤色を呈する試料が得られるのではないかと考え,W6+サイトへのMo6+の固溶を検討した.そこでCa2Mg1-xCoxW1-yMoyO6(0.10 < x < 0.30; 0.45 < y < 0.60)を合成し,その色彩を評価した.
合成した試料のうち,Ca2Mg0.85Co0.15W1-yMoyO6(0.45 < y < 0.60)が高い赤色度を示した.これにMo6+を固溶させると,Co3dのeg軌道及びW5d軌道からなる伝導帯にMo4d軌道が混成してバンドギャップが小さくなり,より長波長側の光を吸収した.これにより試料色は赤褐色から暗赤色へと変化した.合成した試料の中で,y = 0.50の試料が最も赤色に近くなることがわかった.

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

新規な着色無機顔料として,令和5年度にダブルペロブスカイト型構造のBa2RE1-xCexTaO6(RE = La, Gd, Y, 0 < x < 1)、令和6年度にCa2Mg1-xCoxW1-yMoyO6(0.10 < x < 0.30; 0.45 < y < 0.60)を合成した.発色イオンの受ける結晶場の強さやバンドギャップエネルギーを調節することにより,色調を制御可能であることを明らかにした.今後,アルカリ土類金属の種類や組成を制御することによって,異なる色調や高い彩度が得られることが期待される.

今後の研究の推進方策

当初の計画通り,アルカリ土類金属のBa,Sr,Caの組み合わせや組成を変えた試料について同様に合成し,顔料の発色が最大となるように顔料の組成を最適化する.さらに,最適化された組成において,顔料の紫外可視近赤外分光反射率と色座標から,色彩の鮮やかさを示す彩度や色の純度を示す色相角を定量的に評価し,現在実用化されている黄鉛(PbCrO4),カドミウムレッド(CdS・CdSe),バーミリオン(HgS),鉛丹(Pb3O4)などとの比較検討を行う.

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] 新しい黒色遮熱無機顔料の開発2023

    • 著者名/発表者名
      増井敏行
    • 雑誌名

      色材協会誌

      巻: 96 号: 9 ページ: 304-308

    • DOI

      10.4011/shikizai.96.304

    • ISSN
      0010-180X, 1883-2199
    • 年月日
      2023-09-20
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Color Controllable Inorganic Pigments with Ce3+ as a Color Source2023

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Kazuki, Shobu Yusuke, Oka Ryohei, Masui Toshiyuki
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 62 号: 38 ページ: 15392-15402

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.3c01292

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Inorganic Green Pigments Based on LaSr2AlO52023

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Kazuki, Takemura Akari, Furumoto Saki, Oka Ryohei, Masui Toshiyuki
    • 雑誌名

      Ceramics

      巻: 6 号: 4 ページ: 2269-2281

    • DOI

      10.3390/ceramics6040138

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Synthesis of High Near-Infrared Reflective Black Pigment based on YMn2O52023

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Kazuki, Mochizuki Satoru, Nagato Yudai, Morimoto Takuro, Masui Toshiyuki
    • 雑誌名

      Colorants

      巻: 2 号: 4 ページ: 705-715

    • DOI

      10.3390/colorants2040036

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 新しい酸化物系の着色顔料2023

    • 著者名/発表者名
      増井敏行
    • 雑誌名

      Journal of the Society of Inorganic Materials, Japan

      巻: 30 ページ: 89-95

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] A novel inorganic violet pigment based on zinc niobate2023

    • 著者名/発表者名
      Ohnishi Kazuki, Oka Ryohei, Nomura Yuga, Masui Toshiyuki
    • 雑誌名

      Materials Advances

      巻: 4 号: 6 ページ: 1583-1589

    • DOI

      10.1039/d3ma00040k

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Novel near-infrared reflective black inorganic pigment based on cerium vanadate2022

    • 著者名/発表者名
      Moriomoto Takuro, Oka Ryohei, Minagawa Kohei, Masui Toshiyuki
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 12 号: 26 ページ: 16570-16575

    • DOI

      10.1039/d2ra02483g

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Synthesis and Color Evaluation of Tb4+-Doped Na2ZrO3 for Inorganic Yellow Pigments2022

    • 著者名/発表者名
      Oka Ryohei, Nouchi Tomoyo, Masui Toshiyuki
    • 雑誌名

      Colorants

      巻: 1 号: 3 ページ: 347-353

    • DOI

      10.3390/colorants1030020

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 新しい酸化物系着色顔料の開発2022

    • 著者名/発表者名
      増井敏行
    • 雑誌名

      顔料

      巻: 66 ページ: 4015-4021

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] CoTa2O6を母体とする新規赤色無機顔料2024

    • 著者名/発表者名
      山口和輝・加藤翔太・増井敏行
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2024年年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 新しい紫外線遮断剤の合成とキャラクタリゼーション2023

    • 著者名/発表者名
      山口由里衣・山口和輝・増井敏行
    • 学会等名
      第29回ヤングセラミスト・ミーティングin中四国
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Eu2+を発色源とする新規な橙色無機顔料2023

    • 著者名/発表者名
      足立 楓・大西和輝・山口和輝・増井敏行
    • 学会等名
      第29回ヤングセラミスト・ミーティングin中四国
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Near-infrared Reflective Black Inorganic Pigment Based on Cerium Vanadate2023

    • 著者名/発表者名
      Masui Toshiyuki, Morimoto Takuro, Oka Ryohei, Minagawa Kohei
    • 学会等名
      The 37th International Korea-Japan Seminar on Ceramics
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 新しい紫外線遮断剤の合成とキャラクタリゼーション2023

    • 著者名/発表者名
      山口由里衣・山口和輝・増井敏行
    • 学会等名
      2023年度色材研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Eu2+を発色源とする新規な橙色無機顔料2023

    • 著者名/発表者名
      足立 楓・大西和輝・山口和輝・増井敏行
    • 学会等名
      2023年度色材研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Li2MgTiO4を母体とする新規な赤色無機顔料2023

    • 著者名/発表者名
      三枝美月・谷上伶菜・山口和輝・増井敏行
    • 学会等名
      2023年度色材研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] SrMnV2O7を母体とする新規な黒色遮熱無機顔料2023

    • 著者名/発表者名
      望月 聡・山口和輝・森本拓郎・増井敏行
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第36回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Eu2+を発色源とする新規な橙色無機顔料2023

    • 著者名/発表者名
      足立 楓・大西和輝・山口和輝・増井敏行
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第36回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Li2MgTiO4を母体とする新規な赤色無機顔料2023

    • 著者名/発表者名
      三枝美月・谷上伶菜・山口和輝・増井敏行
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第36回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Y2(Ti,Mn)2O7優環境型橙色無機顔料2023

    • 著者名/発表者名
      山口和輝・望月 聡・森本拓郎・増井敏行
    • 学会等名
      第39回希土類討論会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 新しい酸化物系着色顔料の開発2022

    • 著者名/発表者名
      増井敏行
    • 学会等名
      第81回顔料工学講座
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Novel Near-infrared Reflective Black Inorganic Pigment Based on Cerium Vanadate2022

    • 著者名/発表者名
      Masui Toshiyuki
    • 学会等名
      International Congress on Pure & Applied Chemistry 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Sr2ZnMoO6を母体とする新しい無機顔料2022

    • 著者名/発表者名
      山口由里衣・植田裕介・皆川公平・増井敏行
    • 学会等名
      色材協会創立95周年記念会議
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 新しい紫色無機顔料の合成とキャラクタリゼーション2022

    • 著者名/発表者名
      加藤翔太・大西和輝・増井敏行
    • 学会等名
      色材協会創立95周年記念会議
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Mg4Ta2O9を母体とする新規な紫色無機顔料2022

    • 著者名/発表者名
      大西和輝・増井敏行
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第35回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 小谷 槙・森本拓郎・増井敏行2022

    • 著者名/発表者名
      Mn5+を発色源とする優環境型緑色無機顔料
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第35回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [備考] 鳥取大学大学院工学研究科 化学・生物応用工学専攻 増井研究室

    • URL

      https://masui-lab.chembio.tottori-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [備考] 鳥取大学大学院工学研究科 化学・生物応用工学専攻 増井研究室

    • URL

      http://chembio.eng.tottori-u.ac.jp/~masui/index.html

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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