| 研究課題/領域番号 |
18K04759
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| 研究機関 | 鈴鹿工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
和田 憲幸 鈴鹿工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (30342504)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | リン酸塩ガラス / マンガンイオン(II) / 赤色蛍光 / 蛍光体 / 低融点 / 発光ダイオード |
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| 研究実績の概要 |
昨年度に最適化した60P2O5-35ZnO-5Al2O3-0.1Cu2O-8MnOおよび新たに60P2O5-35ZnO-5Al2O3-yAg2O-8MnOガラス(y = 0～2.0)を様々な溶融条件で作製した結果，溶融温度が低く，P2O5の原料のNH4H2PO4から生じる還元剤として働くNH3がガラス中に残留し，溶融過程で生じたCu2+，Cu+およびAg+が焼鈍し過程でCu+，CuおよびAgに還元され，溶融時間が短いほど銅はCu2+，Cu+，Cuナノ粒子の順で，銀は，Ag+，Ag-Ag+クラスター，Ag-Ag-Ag+クラスター，Agナノ粒子の順で形成し易くなった．Mn2+の3d-3d遷移(4T1g→6A1g)遷移に従った赤色蛍光は，紫外励起下でCu+，Ag-Ag-Ag+，Ag-Ag+およびAg+からMn2+へのエネルギー移動によって強くなることが分かった．1250 ℃，90 minで溶融した60P2O5-35ZnO-5Al2O3-0.1Cu2O-8MnOガラスではCu+濃度が最大になり，1300 ℃，60 minで溶融した60P2O5-35ZnO-5Al2O3-1.5Ag2O-8MnOガラスではAg-Ag+濃度が最大になり，上述のエネルギー移動によって最も強いMn2+の赤色蛍光が発現した．また，(65-z)P2O5-35ZnO-zSb2O3-10MnOガラスを1300 ℃，60 minで溶融して作製した結果，Sn3+はSn5+にほとんど酸化されず，z=0.1～20は，248～280 nmの紫外光でSb3+が励起され，Sb3+からMn2+へのエネルギー移動が起こり，Mn2+から強い赤色蛍光が発現された．この中で63P2O5-35ZnO-2Sb2O3-10MnOガラスの赤色蛍光強度は，Mn2+を409 nmで励起した65P2O5-35ZnO-10MnOガラスに比べ2倍となった．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
平成32(令和元)年度には，平成31年度に最適化した60P2O5-35ZnO-5Al2O3-8MnOガラスを基にし，紫外励起できる賦活助剤Ag2O，Cu2OおよびSb2O3を添加または置換したガラスを溶融急冷法によって作製し，研究を進める予定であった．先行して，平成31年度にCu2Oを添加したガラスを作製し，論文を作成，投稿したが，令和元年度にCu/Cu+/Cu2+の酸化還元過程を追加修正することで，論文が掲載された．当初予定していたように，賦活助剤のAg2OおよびSb2O3を添加または置換した60P2O5-35ZnO-5Al2O3-yAg2O-8MnOガラス(y = 0～2.0)および(60-z)P2O5-35ZnO-zSb2O3-10MnOガラス(z = 0～20)のAg/Ag+およびSn3+/Sb5+の酸化還元とMn2+の赤色蛍光特性について調査を進めることができた．2種の価数を取りうる銀(Ag/Ag+)の酸化還元過程は，銀がAg-Ag+，Ag-Ag-Ag+クラスターを形成するため，3種の価数を取る銅(Cu/Cu+/Cu2+)の酸化還元過程よりも複雑であり，詳細な酸還元過程を明らかにするのに時間を有し，論文の作成，投稿が遅れたが，Ag+，Ag-Ag+，Ag-Ag-Ag+からMn2+へのエネルギー移動が明らかになり，当初の目的の最適ガラス組成も見いだせ，日本セラミックス協会，2020年年会で発表を行った．現在，その発表内容に合わせて，論文を作成している最中である．一方，Sb2O3を置換したガラスでは，溶融過程でもSb3+が安定し，Sb3+/Sb5+の酸化還元が起こらず，Sb3+からMn2+へのエネルギー移動によって強い赤色蛍光が発現することが分かり，当初の目的の最適なガラス組成を見出せ，これについても論文を作成する準備を進めている．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成31年度には，Mn2+の赤色蛍光を高輝度化するホストガラス組成を調査する過程で，低融点化剤として作用するガラス修飾酸化物(アルカリ金属酸化物およびアルカリ土類酸化物)を成分としたホストガラスでは，Mn2+の赤色蛍光強度が減少することが分かった．令和元年度には，Cu+，Ag+，Ag-Ag+，Ag-Ag-Ag+，Sb3+からMn2+へのエネルギー移動によって高輝度のMn2+の赤色蛍光が得られることが分かった．しかしながら，当初の予定していたように，ガラス修飾酸化物を成分としたホストガラスでは，Mn2+の赤色蛍光の高輝度化と低融点化を同時に目指すことが難しいと考えられる．そこで，最終目的の「Mn2+の赤色蛍光特性を保持したまま低融点化するガラス組成を明らかにすること」を実現するために，最終年度は次のように研究を進める．既に作製した(65-z)P2O5-35ZnO-zSb2O3-10MnOガラス(z = 0～20)は，ガラス形成酸化物のP2O5成分の割合が少ないことから低融点化が期待できるため，このガラスを熱重量示差熱分析によってガラス転移点(Tg)を測定し，低融点化を調査する．また，赤外吸収分光法によってPO4ユニット構造，P-O-P結合(架橋酸素)やP-O-(非架橋酸素)等の振動による吸収バンドの強度比等からガラスの構造変化を調査する．これらから，ガラスが低融点化とMn2+の赤色蛍光強度が増加するときのガラス構造の変化を明らかにする．これらを総合して，低融点化と同時に，Mn2+の赤色蛍光強度が著しく低下しないガラスを見出す．このガラスに，Cu+およびAg+を添加した(65-z)P2O5-35ZnO-0.1Cu2O-zSb2O3-10MnOおよび(65-z)P2O5-35ZnO-1.5Ag2O-zSb2O3-10MnOガラスを作製し，最終目的を実現できるガラス組成を見出す．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウィルス感染症の影響によって，上述した日本セラミックス協会2020年度年会が開催されなかったため，それに当てていた旅費が使用できず，また，論文の作成が遅れていることから，投稿料も使用できず，旅費およびその他の予算が残った．次年度に，その残額を旅費として使用したいが，今後も感染症の終息が見込めないことも考えられるため，消耗品またはその他(投稿料)等へ配分して利用を検討する予定である．
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