2019 Fiscal Year Annual Research Report
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18J23369
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
岡 亮平 鳥取大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 無機顔料 / 環境調和型 / 黒色遮熱顔料 / 赤色 / 日射反射率 / 結晶構造 / 発色機構 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、環境や人体に対して一切無害であり、かつ、塗料、セラミックス、プラスチックなどといった幅広い用途に適した新規な優環境型の黒色遮熱、赤色無機顔料を創製し、得られた顔料の発色機構や近赤外反射機構の解明を目指したものである。
2019年度（2年目）は、1年目の研究によって開発したCa2Mn0.77Ti0.15Zn0.08O3.92黒色遮熱顔料の発色機構および近赤外線反射機構の解明を行った。開発顔料はすべて正方晶型構造であり、Zn2+の固溶により、格子定数のc/a比が増大し、結晶構造中の[MnO6]八面体の歪みが大きくなることがわかった。この歪みの増大により、発色イオンであるMn4+のd-d遷移の禁制が部分的に緩和されたため、試料の黒色度が向上したと考えられる。一方、近赤外領域については、Zn2+の添加によりMn4+の濃度が低くなったことで、反射率が増加した。以上より、Zn2+の固溶による[MnO6]八面体の歪み増大とMn4+濃度の低下により、Ca2Mn0.85Ti0.15O4が有する優れた近赤外反射能を損なうことなく、その黒色度が向上することを明らかにした（RSC Adv., 2019, 9, 38822）。
赤色無機顔料については、無害な元素のみから構成されるLi2MnO3を母体材料に選択し、Li+サイトの一部をNa+イオンで部分置換した(Li1-xNax)2MnO3（0 ≦ x ≦ 0.10）を合成した。その結果、Na+の固溶により、発色イオンであるMn4+のd-d遷移に帰属される光吸収帯が変化することで、試料の色は橙色から深紅色へと変化した。なかでもNa+の固溶量が7%である(Li0.93Na0.07)2MnO3において、最も優れた色純度（h° = 39.1）が得られた（ACS Omega, in press）。加えて、Ba2RETaO6（RE = La, Gd, Y）を新たな母体材料に、発色イオンとしてCe3+を固溶させた試料を合成し、Ce3+が受ける結晶場やCe3+の濃度を調節することで、その色調を紫やピンク、橙、赤橙色に制御できることを明らかにした（論文執筆中）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2019年度（2年目）は、1年目の研究によって開発したCa2Mn0.77Ti0.15Zn0.08O3.92黒色遮熱顔料について、Zn2+の固溶が黒色度と遮熱性能に及ぼす影響とそのメカニズムを明らかにした。赤色無機顔料については、新規な母体材料として選択したLi2MnO3に、Na+を固溶させることで、色純度（原色性）が向上し、深紅色を呈する無機顔料の開発に成功した。さらに、Ba2RETaO6（RE = La, Gd, Y）を母材に、発色源としてCe3+を固溶させることで、色調制御可能な新規顔料を実現した。
上記のように、黒色遮熱顔料については、新たな他元素の固溶が色彩及び遮熱性能に及ぼすメカニズムを解明した。また、赤色無機顔料については、開発顔料は赤色系統の色を呈している。今後、開発顔料の構成元素とイオン半径の異なるイオンを固溶させ、格子サイズを拡大あるいは縮小させることで、結晶場や光吸収帯が変化し、赤色度及び色純度が向上することが期待される。これらを踏まえ、「（2）おおむね順調に進展している」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、2018、2019年度（1、2年目）の研究によって得られた知見をもとに、さらに高い彩度及び日射反射率を有する新規な無機顔料の開発を目指す。具体的には、まず、開発顔料について、粉末X線回折測定の結果をもとに、リートベルト解析を行うことで、各顔料の結晶構造と発色イオンの配位環境を精密化する。そして、結晶構造や発色イオンの配位環境の変化が色彩、遮熱性能に及ぼすメカニズムを明らかにする。また、合成した顔料の粒子形状や大きさの変化が色彩に及ぼす影響についても明らかにする
1、2年目の研究と同様に、既存顔料の単なる改良ではなく、新しい母体材料の探索を行う。得られた知見を新規無機顔料の合成にフィードバックすることで、色純度（原色性）及び近赤外線反射能を向上させ、より鮮やかな色彩及び日射反射率を有する優環境型無機顔料を創製する。
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Research Products
(11 results)
