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2011 年度 実績報告書

水溶液錯体化学に立脚したナノフォトセラミックスの合成:高度機能開拓と新物質探索

研究課題

研究課題/領域番号 22246081
研究機関東北大学

研究代表者

垣花 眞人  東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (50233664)

研究分担者 冨田 恒之  東海大学, 理学部, 講師 (00419235)
キーワード水 / グリーンプロセス / ナノ光結晶 / 水溶液金属錯体 / フォトセラミックス
研究概要

平成23年度には、(1)アミノ酸を配位子とする新規水溶性チタン錯体の開発、(2)水溶性ビスマス化合物の開発、(3)水溶性ケイ素化合物(WSS)を用いた並列合成法による新規ケイ素含有白色LED用蛍光体の探索と高度機能化、(4)水溶性ケイ素化合物(WSS)の集積化学に基づく新しい構造体の創成、の4種類のテーマを設定し研究を遂行した。この中で特に優れた成果の得られた(3)について、研究実績の概要を以下に記す。
白色LEDは省エネルギーかつ長寿命で、次世代照明として急速に普及が広まっている新規光デバイスである。現在の白色LEDへの要求としてさらなる発光効率の向上と演色性の改善が挙げられ、特にLEDより発せられる青色光を効率よく緑・黄・赤へと変換する蛍光体の開発が求められている。現在までの多くの研究報告において、青色光によって励起するケイ素含有蛍光体材料が多く知られている。本研究課題では研究代表者らが開発した水溶性ケイ素化合物(WSS)をケイ素原料として、組成の均一性に優れる錯体重合法や環境負荷の低い合成法であるアモルファス金属錯体法、また、それらなどの複数の手法を組み合わることにより、新規白色LED用蛍光体の探索を行った。
LEDによる青色光によって効率よく励起するEu^<2+>を発光中心として用いるため、その置換サイトとして最適なアルカリ土類金属を母体元素として設定し、多種多様な組成のシリケート系、チオシリケート系、シリコンオキシナイトライド系化合物の探索を行った。その結果、2種類のアルカリ土類を含む(Ca_<1-X>Sr_X)_<2n>Si_<n+1>S_<4n+2>:EU^<2+>で表される新規材料群を発見し、これらが青色励起によって発光を示し、高い演色性を持つことを発見した。結晶構造学的見地からこれらの蛍光体の優れた発光特性に対する詳細な解釈を行い、それらを元に材料設計と合成へとフィードバックさせることでさらなる特性向上へとつなげ、企業の協力を経て市販白色LEDへの実装と大規模展開を目指す。

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

昨年度に引き続き、当研究の目的である新規フォトセラミックスの開発を達成しており、かつ、新材料開発に向けた萌芽的研究も進行していることから、新物質探索という点において順調に進展しているといえる。合わせて、並列合成法による材料探索も予定通り順調に進んでおり、総合的に見てもおおよそ予定通りに計画が進行している。

今後の研究の推進方策

並列合成による新物質探索については、母元素をシリコン以外にも設定し、新たなライブラリーを構築することを検討している。加えて酸化物のみならず、(酸)窒化物、(酸)硫化物といった材料群も新規物質探索候補として選定し、幅広い組み合わせにおける新規フォトセラミックスの探索を実施する。また一方で、化学理論に基づいた材料設計による新規フォトセラミックスの開発を狙う。

  • 研究成果

    (32件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (23件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Synthesis of titanium-based ceramics by a new synthetic route of water-soluble titanium complexes2011

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Yamamoto, Satoshi Matsushima, Koji Tomita, Yasuyuki Miura, Masato Kakihana
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 119 ページ: 494-497

    • DOI

      10.2109/jcersj2.119.494

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 光機能無機材料の粒子形態制御合成技術~光散乱制御による機能向上~2011

    • 著者名/発表者名
      冨田恒之
    • 雑誌名

      月刊ファインケミカル

      巻: 40 ページ: 45-52

  • [雑誌論文] Synthesis of Y_2O_3:Eu phosphor with various particles morphologies by solvothermal reaction in methanol-water system2011

    • 著者名/発表者名
      Kouichi Nakashima, Midori Saito, Valery Petrykin, Shu Yin, Tsugio Sato, Masato Kakihana
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 119 ページ: 445-450

    • DOI

      10.2109/jcersj2.119.445

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis of new (calcium, strontium, europium) thiosilicate phosphors and their luminescent properties2011

    • 著者名/発表者名
      Masayoshi Nakamura, Yuji Takatsuka, Hideki Kato, Masato Kakihana
    • 雑誌名

      Technical digest of the 11th International Meeting on Information Display

      巻: (CD-R) ページ: 863-864

  • [雑誌論文] Hexagonal prism-like, sheet-like and rod-like Y_2O_3:Eu^<3+> phosphor : hydrothermal synthesis, characterization and photoluminescence study2011

    • 著者名/発表者名
      Sudeshna Ray, Hideki Kato, Masato Kakihana
    • 雑誌名

      Technical digest of the 11th International Meeting on Information Display

      巻: (CD-R) ページ: 389-390

  • [雑誌論文] 水熱法及びソルボサーマル法によるNaTaO_3光触媒の合成と水分解活性2011

    • 著者名/発表者名
      松本勇磨, 冨田恒之, 関根嘉香, 垣花眞人
    • 雑誌名

      粉体および粉末冶金

      巻: 58 ページ: 578-583

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 塩化チタン及び硫酸チタンを出発物質とした新規水溶性チタン錯体作製ルートを用いたチタン系複合酸化物の低温合成2011

    • 著者名/発表者名
      山本和広, 松島聡, 冨田恒之, 三浦嘉香, 垣花眞人
    • 雑誌名

      粉体および粉末冶金

      巻: 58 ページ: 584-590

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of new solution method using citric acid and ethylenediamine for borate compounds2011

    • 著者名/発表者名
      Yuma Matsumoto, Koji Tomita, Yoshika Sekine, Masato Kakihana
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 119 ページ: 486-489

    • DOI

      10.2109/jcersj2.119.486

    • 査読あり
  • [学会発表] 新規チオシリゲート(Ca,Sr,Eu)_3Si_2S_7の合成とその発光特性2012

    • 著者名/発表者名
      中村将義, 加藤英樹, 山根久典, 垣花眞人, 高塚裕二
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2012年年会
    • 発表場所
      京都大学吉田キャンパス
    • 年月日
      2012-03-20
  • [学会発表] TiOCl_2からの金属置換ルチル型TiO_2の合成と光触媒特性評価2012

    • 著者名/発表者名
      横田俊大, 加藤英樹, 垣花眞人
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2012年年会
    • 発表場所
      京都大学吉田キャンパス
    • 年月日
      2012-03-20
  • [学会発表] 新規チオアルミネート蛍光体(Ba_<1-x>Sr_x)_4Al_2S_7:Euの合成とその発光特性2012

    • 著者名/発表者名
      長谷川貴彦, 小林亮, 加藤英樹, 山根久典, 垣花眞人
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2012年年会
    • 発表場所
      京都大学吉田キャンパス
    • 年月日
      2012-03-20
  • [学会発表] LiTaO_4およびLi_3TaO_4のソルボサーマル合成と物性評価2012

    • 著者名/発表者名
      高杉壮一, 松本勇磨, 冨田恒之, 垣花眞人
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2012年年会
    • 発表場所
      京都大学吉田キャンパス
    • 年月日
      2012-03-20
  • [学会発表] 可視光応答水分解光触媒のコンポジット化2012

    • 著者名/発表者名
      保村竹彦, 松本勇磨, 冨田恒之, 垣花眞人
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2012年年会
    • 発表場所
      京都大学吉田キャンパス
    • 年月日
      2012-03-20
  • [学会発表] 新規チオシリケート(Ca,Sr,Eu)_8Si_5S_<18>の合成とその発光特性評価2012

    • 著者名/発表者名
      中村将義, 加藤英樹, 高塚裕二, 山根久典, 垣花眞人
    • 学会等名
      化学工学会第77年会
    • 発表場所
      工学院大学新宿キャンパス
    • 年月日
      2012-03-17
  • [学会発表] バンド構造制御を目指した金属置換酸化チタンの合成と評価2012

    • 著者名/発表者名
      横田俊大, 加藤英樹, 垣花眞人
    • 学会等名
      化学工学会第77年会
    • 発表場所
      工学院大学新宿キャンパス
    • 年月日
      2012-03-16
  • [学会発表] Hexagonal Prism-like, Sheet-like and Rod-like Y_2O_3:Eu^<3+> Phosphor : Hydrothermal Synthesis, Characterization and Photoluminescence study2011

    • 著者名/発表者名
      Sudeshna Ray, Hideki Kato, Makoto Kobayashi, Masato Kakihana
    • 学会等名
      第11回東北大学多元物質科学研究所研究発表会
    • 発表場所
      東北大学片平キャンパス
    • 年月日
      2011-12-08
  • [学会発表] 新規チオシリケート(Ca,Sr,Eu)_8Si_5S_<18>の合成とその発光特性2011

    • 著者名/発表者名
      中村将義, 加藤英樹, 高塚裕二, 山根久典, 垣花眞人
    • 学会等名
      第11回東北大学多元物質科学研究所研究発表会
    • 発表場所
      東北大学片平キャンパス
    • 年月日
      2011-12-08
  • [学会発表] Impact on Ga^<3+> on the Color Point Tuning of Substituted Sr_2SiO_4:Eu^<2+> Phosphor Synthesized by a Solution-based Method2011

    • 著者名/発表者名
      Sudeshna Ray, Hideki Kato, Masato Kakihana
    • 学会等名
      Phosphor safari
    • 発表場所
      ときめいと新潟
    • 年月日
      2011-11-22
  • [学会発表] Luminescent properties of new thiosilicate phosphors (Ca,Sr,Eu)_8Si_5S_<18> prepared by an advanced chemical method2011

    • 著者名/発表者名
      Masayoshi Nakamura, Hideki Kato, Hisanori Yamane, Masato Kakihana, Yuji Takatsuka
    • 学会等名
      Phosphor safari
    • 発表場所
      ときめいと新潟
    • 年月日
      2011-11-22
  • [学会発表] 新規チオシリケート蛍光体(Ca,Sr,Eu)_8Si_5S_<18>の合成とその発光特性2011

    • 著者名/発表者名
      中村将義, 加藤英樹, 高塚裕二, 山根久典, 垣花眞人
    • 学会等名
      平成23年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
    • 発表場所
      日本大学工学部
    • 年月日
      2011-10-27
  • [学会発表] Ti_<1-2x>Ga_xSb_xO_2の光触媒特性評価2011

    • 著者名/発表者名
      横田俊大, 加藤英樹, 垣花眞人
    • 学会等名
      平成23年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
    • 発表場所
      日本大学工学部
    • 年月日
      2011-10-27
  • [学会発表] Hexagonal prism-like, sheet-like and rod-like Y_2O_3:Eu^<3+> phosphor : hydrothermal synthesis, characterization and photoluminescence study2011

    • 著者名/発表者名
      Sudeshna Ray, Hideki Kato, Masato Kakihana
    • 学会等名
      The 11^<th> International Meeting on Information Display (IMID2011)
    • 発表場所
      Seoul, Korea
    • 年月日
      2011-10-13
  • [学会発表] Synthesis of new (calcium, strontium, europium) thiosilicate phosphors and their luminescent properties2011

    • 著者名/発表者名
      Masayoshi Nakamura, Yuji Takatsuka, Hideki Kato, Masat Kakihana
    • 学会等名
      The 11^<th> International Meeting on Information Display (IMID2011)
    • 発表場所
      Seoul, Korea
    • 年月日
      2011-10-13
  • [学会発表] 金属置換したTiO_2の光触媒特性2011

    • 著者名/発表者名
      横田俊大, 加藤英樹, 垣花眞人
    • 学会等名
      第108回触媒討論会
    • 発表場所
      北見工業大学
    • 年月日
      2011-09-21
  • [学会発表] 新規水溶性ケイ素化合物を用いた水溶液プロセスによる高機能シリケート系蛍光体の合成2011

    • 著者名/発表者名
      垣花眞人
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第24回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      北海道大学札幌キャンパス(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-08
  • [学会発表] Eu賦活(Ba,Sr)Si_2S_5の合成とその発光特性2011

    • 著者名/発表者名
      中村将義, 高塚裕二, 加藤英樹, 垣花眞人
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第24回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      北海道大学札幌キャンパス
    • 年月日
      2011-09-08
  • [学会発表] ブルカイト・ブロンズ・アナターゼ・ルチル型二酸化チタンの水分解光触媒活性2011

    • 著者名/発表者名
      松本勇磨, 冨田恒之, 関根嘉香, 垣花眞人
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第24回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      北海道大学札幌キャンパス
    • 年月日
      2011-09-08
  • [学会発表] ソルボサーマル法と水熱法によるナノクリスタルLiTaO_3の合成と水分解活性2011

    • 著者名/発表者名
      高杉壮一, 松本勇磨, 冨田恒之, 垣花眞人
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第24回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      北海道大学札幌キャンパス
    • 年月日
      2011-09-08
  • [学会発表] スプレードライ法及び凍結乾燥法による酸化タングステン光触媒の形態制御と水分解活性評価2011

    • 著者名/発表者名
      保村竹彦, 松本勇磨, 冨田恒之, 垣花眞人
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第24回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      北海道大学札幌キャンパス
    • 年月日
      2011-09-08
  • [学会発表] 水熱法及びソルボサーマル法によるNaTaO_3光触媒の合成と水分解活性2011

    • 著者名/発表者名
      松本勇磨, 冨田恒之, 関根嘉香, 垣花眞人
    • 学会等名
      粉体粉末冶金協会平成23年度春季大会
    • 発表場所
      早稲田大学国際会議場
    • 年月日
      2011-05-31
  • [学会発表] 塩化チタン及び硫酸チタンを出発物質とした新規水溶性チタン錯体作製ルートによるチタン系複合酸化物の低温合成2011

    • 著者名/発表者名
      山本和広, 松本聡, 冨田恒之, 三浦恭之, 垣花眞人
    • 学会等名
      粉体粉末冶金協会平成23年度春季大会
    • 発表場所
      早稲田大学国際会議場
    • 年月日
      2011-05-31
  • [備考]

    • URL

      http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/kakihana/

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公開日: 2013-06-26  

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