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2020 年度 実績報告書

オストワルド熟成の解明による有機・無機ペロブスカイトナノ結晶のサイズ制御

研究課題

研究課題/領域番号 18K04805
研究機関山形大学

研究代表者

増原 陽人  山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (30375167)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードペロブスカイト / ナノ結晶 / 量子ドット / オストワルド熟成 / 量子サイズ効果
研究実績の概要

有機-無機ペロブスカイト(MAPbX3)の優れた光・電物性は、発光の高演色化・高効率化が同時に達成できる。しかし現状のMAPbX3は、表面欠陥や瞬間的な結晶化による劣悪な薄膜形態が高効率化を妨げている。
上記背景の下、申請者は、結晶の粗大化現象であるオストワルド熟成を用いた独創的な手法により、QDsのサイズ微小化を試み、狭半値幅発光による幅広い発光波長のチューニングの達成などの研究成果をあげてきた。
一般的にオストワルド熟成では、成長後のQDsに焦点が当てられて研究されてきたが、申請者は「溶解する微小なQDs」に着目した。具体的には、再沈殿後においてオストワルド熟成を促進させた後、成長したQDsを取り除けば、溶解させた微小なQDsのみを抽出できると考えた。さらに、ナノレベルでの微小領域では個々のQDの溶解度は、サイズ固有であるため、サイズ微小化に伴いにサイズ均一化も達成できる。
具体的成果として、オストワルド熟成を用いて、MAPbBr3 QDsの段階的なサイズ微小化に成功した(16.7→5.3 nm)。同時に、発光波長のブルーシフトも確認した(517→456 nm)。得られたサイズと発光波長の相関関係より算出した有効質量「0.10 m0」(m0:真空中の電子の質量)は、理論値の「0.80-0.13 m0」8-10許容範囲であり、発光波長のブルーシフトは、典型的な量子サイズ効果に起因する。これにより、これまで未踏であった狭半値幅(21→25 nm)且つ幅広い発光波長のチューニング(456→517 nm)に成功した。さらに、サイズ微小化に伴う発光寿命の短寿命化(23.8→8.1 ns)や励起子束縛エネルギーの増大に起因する放射失活速度の高速化(2.4→8.1 /ns)が、発光量子収率を向上(64→70%)させる等のサイズに依存した発光挙動の解明にも成功した

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Aging effect on the co-crystallization behavior of the donor and acceptor crystals in aqueous dispersions2021

    • 著者名/発表者名
      Takeda Masaki、Matsui Jun、Masuhara Akito
    • 雑誌名

      Materials Advances

      巻: in press ページ: in press

    • DOI

      10.1039/D0MA01001D

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biocompatible composite of cellulose nanocrystal and hydroxyapatite with large mechanical strength2020

    • 著者名/発表者名
      Sato Ryota、Arita Toshihiko、Shimada Ryuichiro、Nohara Tomohiro、Tabata Keisuke、Koseki Kazuki、Umemoto Kazuki、Masuhara Akito
    • 雑誌名

      Cellulose

      巻: 28 ページ: 871~879

    • DOI

      10.1007/s10570-020-03550-7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simple Production of Highly Luminescent Organometal Halide Perovskite Nanocrystals Using Ultrasound-Assisted Bead Milling2020

    • 著者名/発表者名
      Umemoto Kazuki、Ebe Hinako、Sato Ryota、Enomoto Junya、Oshita Naoaki、Kimura Taisei、Inose Tomoko、Nakamura Takahiro、Chiba Takayuki、Asakura Satoshi、Uji-i Hiroshi、Masuhara Akito
    • 雑誌名

      ACS Sustainable Chemistry & Engineering

      巻: 8 ページ: 16469~16476

    • DOI

      10.1021/acssuschemeng.0c05171

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Elucidation of Ostwald Ripening Process for Perovskite Nanocrystals2020

    • 著者名/発表者名
      UMEMOTO Kazuki、MASUHARA Akito
    • 雑誌名

      Hosokawa Powder Technology Foundation ANNUAL REPORT

      巻: 27 ページ: 145~149

    • DOI

      10.14356/hptf.18503

  • [雑誌論文] 色を指向したヨウ素含有ペロブスカイトナノ結晶の作製法2020

    • 著者名/発表者名
      榎本 純哉, 兎澤 啓太郎, 増原 陽人
    • 雑誌名

      ヨウ素

      巻: 23 ページ: 26-29

  • [雑誌論文] 次世代発光材料の合成法2020

    • 著者名/発表者名
      増原 陽人
    • 雑誌名

      化学と工業

      巻: 73 ページ: 699

  • [雑誌論文] 超音波ビーズ粉砕加工技術の開発によるペロブスカイトナノ結晶の作製”2020

    • 著者名/発表者名
      梅本 和輝, 増原 陽人
    • 雑誌名

      先端加工技術

      巻: 112 ページ: 20

  • [学会発表] 発光デバイス導入を鑑みた超音波ビーズミル法による赤色発光ペロブスカイトナノ結晶の作製2020

    • 著者名/発表者名
      榎本純哉, 梅本和輝, 千葉貴之, 浅倉聡, 増原陽人
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会,
  • [学会発表] Continuous Synthesis of perovskite Nanocrystals by Forced Thin Film Reactor2020

    • 著者名/発表者名
      横山雅晃, 梅本和輝, 浅倉聡, 増原陽人
    • 学会等名
      2020年度 化学系学協会東北大会
  • [学会発表] 結晶格子歪みにより発光波長を精緻に制御した高性能ペロブスカイト量子ドットの作製2020

    • 著者名/発表者名
      佐藤 亮太, 森川 結策, 千葉 貴之, 浅倉 聡, 増原 陽人
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春期学術講演会
  • [学会発表] 架橋性官能基を有する新規配位子によるペロブスカイトナノ結晶の作製とその薄膜の安定化2020

    • 著者名/発表者名
      木村 汰勢, 大下 直晃, 山門 陵平, 千葉 貴之, 浅倉 聡, 増原 陽人
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春期学術講演会
  • [学会発表] ナノ結晶成長の抑制による青色発光ペロブスカイト量子ドットの作製2020

    • 著者名/発表者名
      大下 直晃, 木村 汰勢, 千葉 貴之, 浅倉 聡, 増原 陽人
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春期学術講演会

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公開日: 2021-12-27  

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