| 研究課題/領域番号 |
25810136
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| 研究種目 |
若手研究(B)
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
上田 純平 京都大学, 地球環境学堂, 助教 (90633181)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | 蓄光材料 / 長残光蛍光体 / 光誘起電子移動 / 光電導度 / 蛍光体 |
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| 研究概要 |
今年度は、Ce3+添加Y3Al5-xGaxO12ガーネット蛍光体を中心に、光電子移動機構の解明と蓄光特性について詳細に調査した。
Ga濃度xを系統的に変化させたCe3+添加Y3Al5-xGaxO12ガーネット蛍光体を固相法により作製し、その光学特性評価（蛍光・励起スペクトル、残光減衰曲線、熱ルミネッセンス（TL）グロー曲線）を行った。Ga濃度増加によって、結晶場強度が変化しCe3+:5d-4f発光色は黄色から緑色まで変化した。また、これらのガーネット蛍光体において、残光減衰曲線、TLグロー曲線の結果から青色励起による蓄光がGa濃度がx=2.5付近から生じることが分かった。これは、Ga濃度増加により伝導帯エネルギーが減少し、Ce3+の5d励起準位とのエネルギー差が小さくなったため、電子が熱活性化過程を経て伝導帯に移動したためである。また、TLグロー曲線の結果より、ガーネット結晶の内因性欠陥が作る電子トラップ深さは、Ga濃度増加とともに浅くなることが分かった。Ga濃度増加による伝導帯の低エネルギーシフトを考慮すると、真空準位に対する内因性欠陥の電子トラップ準位は一定で、伝導帯が低エネルギー化したことによって、トラップ深さが浅くなったと考察できる。
また、Ce3+添加Y3Al5-xGaxO12ガーネット蛍光体において、新規トラップ準位の導入するために、共添加イオンの最適化の実験も行った。その結果、Crイオンがガーネット結晶において、効果的に電子トラップとして働くことを発見した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本研究においては、 Ce3+添加ガーネット蛍光体における、Ce3+の5d励起準位、伝導帯、電子トラップ準位との相対位置関係のガーネット組成依存性と共ドーパント添加が与えるトラップ準位の変化とそのエネルギー位置、そして得られた知見から蓄光・残光材料の開発を目標としていた。今年度の実験において、Ce3+添加Y3Al5-xGaxO12ガーネット結晶組成のGa濃度を変化させることにより、Ce3+:5d励起準位と伝導帯とトラップ準位の相対エネルギー位置関係を制御することに成功しており、また新規電子トラップ生成に効く共添加イオンも発見した。
また、共添加材としてCrイオンを添加したCe3+:Y3Al2Ga3O12蛍光体は、非常に明るく、長い残光を示すことを見出し、実用残光蛍光体としての応用が期待できる。
このように、当初の目標を達成するばかりでなく、発見した残光蛍光体が実用性可能性の非常に高い材料であり、特許出願も行ったことからも、計画以上に進展していると判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに、Ce3+単独添加Y3Al5-xGaxO12においては、系統的に5d励起準位、伝導帯、電子トラップ準位との相対位置関係のエネルギー準位図の構築を行った。
今後は、Crイオンが生成する電子トラップ準位と伝導帯のエネルギー位置関係を、ガーネット組成を変化させて詳細に調査する。また、他遷移金属イオンや希土類イオンが作る電子トラップにおいても、同様に調べ、エネルギー準位を構築する。
以上の得られた電子的＆光学的データを、ガーネット組成別に整理を行い、結晶構成元素の違いによる結晶局所構造と5d軌道分裂、5d準位、伝導帯、トラップ準位の相対エネルギー位置関係、またそれらのパラメータが残光特性に対して与える影響について、統一的な理解の解明に臨む。そして蓄光材料のマテリアルデザインの構築し、様々な蓄光特性を有する材料（長残光蛍光体、熱蛍光体、輝尽蛍光体）の開発を行う。
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