| 研究課題/領域番号 |
09555187
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
島田 昌彦 東北大学, 素材工学研究所, 教授 (80029701)
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| 研究分担者 |
清水 悦雄 化成オプトニクス(株), 研究開発室, 部長代理(研究職)
長谷 堯 化成オプトニクス(株), 研究開発室, 部長(研究職)
上田 恭太 東北大学, 工学部, 助手 (50271862)
窪田 俊一 東北大学, 素材工学研究所, 助手 (10271975)
滝沢 博胤 東北大学, 工学部, 助教授 (90226960)
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| キーワード | 高輝度発光体 / 希土類付活発光材料 / 層状酸化物 / 濃度消光 / 三次元的エネルギー回遊 / メリライト型構造 / 発光減衰曲線 |
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| 研究概要 |
所定の温度・雰囲気で焼成することで、メリライト型固溶体SrLa_<1-x>RE_xGa_3O_7(RE^<3+>=Eu^<3+>,Tb^<3+>,Tm^<3+>)の全固溶において単一相を合成できた。メリライト型SrLaGa_3O_7構造では、Sr^<2+>とLa^<3+>は結晶学的に等価な位置にあり、La^<3+>は対角位置と辺上位置をとることができ、辺上位置をとれば一次元直鎖構造、対角位置ならLa^<3+>同士でペアをつくるという結晶化学的に特徴ある構造を有している。
SrLa_<1-x>Eu_xGa_3O_7とSrLa_<1-x>Tb_xGa_3O_7の発光強度の濃度依存性は、x=0.2とx=0.8付近に2つのピークが観測された。SrEuGa_3O_7の発光減衰曲線の測定結果から発光減衰曲線は三次元的エネルギー回遊を仮定した理論式で近似することができた。
以上の結果より、本研究で観測された発光強度の濃度依存性における2つのピークの存在は次のように説明することができた。まず、RE^<3+>の濃度が低い場合にはSr^<2+>とRE^<3+>の位置は不規則配列をし、この状態での濃度消光を起こす臨界濃度が最初のピーク(x=0.2)である。次いで、RE^<3+>の濃度が高くなるとRE^<3+>は対角位置をとって規則配列し、RE^<3+>はペアを組みペア間同士の距離は比較的大きいためにエネルギー移動が抑制される。この状態での濃度消光の臨界濃度が2つめのピーク(x=0.8)と考えられる。このように濃度消光とRE^<3+>の配置には密接な関係があることが分かった。
本研究では、RE^<3+>の配置としてメリライト型構造の結晶化学的特徴を利用して、RE^<3+>のペアを組ませてペア同士の距離を離すことにより、エネルギー移動を抑制して単位体積当たりのRE^<3+>の濃度を上げる事が可能であることが判明し、高輝度発光材料を開発する一つの指針を得ることができた。
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