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2016 年度 実施状況報告書

ワイドバンドギャップ酸窒化物の組成・アニオン配列・粒径制御と高機能化

研究課題

研究課題/領域番号 15K05647
研究機関徳島大学

研究代表者

森賀 俊広  徳島大学, 大学院理工学研究部, 教授 (90239640)

研究分担者 村井 啓一郎  徳島大学, 大学院理工学研究部, 准教授 (60335784)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード酸窒化物 / ペロブスカイト / 層状構造 / 非化学量論 / 蛍光体
研究実績の概要

ペロブスカイト関連K2NiF4型構造を有するSr2TaO3Nは、岩塩型SrO層とペロブスカイト型SrTaO2N層が交互に積み重なった層状構造を取り、可視光応答光触媒や誘電体、赤色顔料としての応用が期待されている。これまでこのSr2TaO3Nの合成には、原料酸化物の300時間以上の長時間の窒化が必要と言われてきた。しかしながら、平成27年度に、酸化物前駆体としてSr6Ta2O10を利用することにより、1000℃、48時間のアンモニアによる窒化により単一相を合成できることを見出した。
平成28年度には、この層状Sr2TaO3NがペロブスカイトSrTaO2Nよりもより赤い色を呈する原因について構造化学的見地から明らかにした。X線リートベルト解析より、Sr2TaO3N中の(O,N)-Ta-(O,N)結合角は180°であるのに対し、SrTaO2Nでは約10°程度小さくなっており、Taとアニオンの軌道の重なりがSr2TaO2Nの方が強いことが示唆された。即ち、Sr2TaO3Nでは共有結合性がより優勢になることによりバンドギャップの狭窄が生じ、結果としてより赤い色を呈することが考えられた。Ta(O,N)6八面体中のTa-(O,N)結合距離もSr2TaO3Nの方がSrTaO2Nに比べ0.1A程度長くなっており、イオン結合性よりも共有結合性がより有意な状況にあることが示唆された。
また、これまで赤色を呈するSr2Si5N8:Eu窒化物蛍光体は窒素加圧雰囲気下、1600℃以上の高温での焼成合成が必要とされてきた。また、原料も安定なSrの炭酸塩などは使用できず、吸湿分解性の高いSr3N2を用いる必要があった。
平成28年度には、グラファイトボートを用いることにより、5%水素95%窒素混合ガス気流中1300℃焼成にてSrCO3を原料に用いたSr2Si5N8:Eu蛍光体の単一相の合成に成功した。

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

平成27年度の懸案事項であった層状Sr2TaO3NがSrTaO2Nペロブスカイトよりもより赤色を呈する原因を構造化学的見地から明らかにすることができたとともに、赤色窒化物蛍光体として注目されているSr2Si5N8のより経済的(より安価で安定な出発原料、低い焼成温度、より簡便な合成雰囲気)な合成方法を見出すことができたため。

今後の研究の推進方策

層状Sr2TaO3Nに関しては、平成27年度に合成条件を確立させることが、平成28年度にはその構造上の特徴が明らかになった。平成29年度については、物性面、即ち可視光応答光触媒性能や誘電体としての性能をより向上させる合成条件および適切な添加・置換元素について明らかにしていきたい。
(酸)窒化物蛍光体に関しては、化学量論組成にとらわれることなく、またこれまでの合成方法にとらわれることなくより(Ba,Sr)3Si6O12N2:Eu黄色蛍光体およびSr2Si5N8赤色の簡便で経済的な合成法を確立することができた。Sr2Si5N8については、新しく発見した合成法を適用すると、これまでの報告よりも20-30nm発光波長がブルーシフトしているので、この原因について明らかにするとともに、演色性の向上や温度特性の向上など既存の白色LED用蛍光体の問題点を解決できる黄色・赤色蛍光体を提案できるよう研究を進めたい。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 7件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] オークランド大学(ニュージーランド)

    • 国名
      ニュージーランド
    • 外国機関名
      オークランド大学
  • [雑誌論文] Synthesis and Optical Studies of La1.1Ti1-xWx(O,N)3 Prepared by Sol-Gel Method2016

    • 著者名/発表者名
      Narendra Sarda, Takanori Hayashi, Andrew Chan, Yuta Takeuchi, Kyosuke Harada, Kei-ichiro Murai, Geoffrey Waterhouse and Toshihiro Moriga
    • 雑誌名

      International Journal of Advanced Research

      巻: 4 ページ: 1329-1337

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A New Synthesis Route of Petrovskite-related Sr2TaO3N Oxynitride via Sr2Ta6O10.1882016

    • 著者名/発表者名
      Narendra Sarda, Takanori Hayashi, Yuta Takeuchi, Kyosuke Harada, Kei-ichiro Murai and Toshihiro Moriga
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings

      巻: 1790 ページ: 020016-1-4

    • DOI

      http://doi.org/10.1063/1.4968642

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Fabrication of Red-orange Nitride Phosphors M2Si5N8:Eu2+ (M=Ca, Sr) for White LEDs2017

    • 著者名/発表者名
      Wei-Chih Hsiao , Mitsuo Oi, Koki Shibai, Kei-ichiro Murai and Toshihiro Moriga
    • 学会等名
      The Third International Forum on Advanced Technologies
    • 発表場所
      タロコ(台湾)
    • 年月日
      2017-03-10 – 2017-03-11
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Oxynitride Green Phosphor Sr3Si6O3N8:Eu2+2017

    • 著者名/発表者名
      Mitsuo Oi, Chih-Wei Hsiao, Koki Shibai, Kei-ichiro Murai and Toshihiro Moriga
    • 学会等名
      The Third International Forum on Advanced Technologies
    • 発表場所
      タロコ(台湾)
    • 年月日
      2017-03-10 – 2017-03-11
    • 国際学会
  • [学会発表] Eco-Friendly Preparation of Oxynitride Pigments and Phosphors from Nonstoichiometric Mixture of Starting Materials2016

    • 著者名/発表者名
      Toshihiro Moriga
    • 学会等名
      BITs 6th Annual World Congress of Nano Science & Technology 2016
    • 発表場所
      シンガポール(シンガポール)
    • 年月日
      2016-10-26 – 2016-10-28
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Synthesis from oxide precursor and structural refinement of K2NiF4-type Sr2TaO3N as a red pigment2016

    • 著者名/発表者名
      Toshihiro Moriga, Takeuchi Yuta, Sakai Namiko, Sarda Narendra, Harada Kyosuke, Hayashi Takanori and Kei-ichiro Murai
    • 学会等名
      The 2nd International Forum on Advanced Functional Materials and Polymer Materials
    • 発表場所
      青島(中国)
    • 年月日
      2016-10-15 – 2016-10-16
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Sr3Si6O3N8:Eu2+酸窒化物蛍光体の合成と発光特性2016

    • 著者名/発表者名
      大井 満雄, 蕭 至維, 芝井 功喜, 村井 啓一郎, 森賀 俊広
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第29 回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      広島大学(広島県・東広島市)
    • 年月日
      2016-09-07 – 2016-09-09
  • [学会発表] Control of Luminescent Properties of Oxynitride Phosphors through Carion Stoichiometry2016

    • 著者名/発表者名
      Toshihiro Moriga,Nerendra Sarda, Mitsuo Oi, Hiroshi Fujigaki, Yuma Ogita, Kei-ichiro Murai and Geoffrey Waterhouse
    • 学会等名
      International Symposium for Young Chemical Engineers 2016
    • 発表場所
      台北(台湾)
    • 年月日
      2016-09-01 – 2016-09-04
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Synthesis and Optical Properties of Sr3Si6O3N8:Eu2+ Oxynitride Phoshors for White LEDs2016

    • 著者名/発表者名
      Mitsuo Oi, Chih-Wei Hsiao, Koki Shibai, Kei-ichiro Murai and Toshihiro Moriga
    • 学会等名
      International Symposium for Young Chemical Engineers 2016
    • 発表場所
      台北(台湾)
    • 年月日
      2016-09-01 – 2016-09-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthesis and Structural Determination of K2NiF4-type Strontium Tantalum Oxynitrides2016

    • 著者名/発表者名
      Yuta Takeuchi, Narendra Sarda, Namiko Sakai, Kei-ichiro Murai and Toshihiro Moriga
    • 学会等名
      International Symposium for Young Chemical Engineers 2016
    • 発表場所
      台北(台湾)
    • 年月日
      2016-09-01 – 2016-09-04
    • 国際学会

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公開日: 2018-01-16  

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