- Address
- 305-0044 茨城県つくば市並木1-1 [アクセス]
研究内容
- Keywords
optically functional inorganic materials (phosphors, photocatalysts, transparent ceramics)
出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。
所属学会
日本セラミックス協会
電子・光機能材料研究センター
無機光学材料
セラミックス粉末、液相合成、焼結、透明セラミックス、光学特性
概要
蛍光体や透明セラミックスは、LED照明、ディスプレイ、固体レーザー、シンチレーションなど、幅広い分野で利用されている光学機能性材料である。近年、これらの技術分野の発展に伴い、コスト低減や光学特性の向上、さらには新規機能の付加を可能にする新しい材料や製造技術へのニーズが高まっている。
新規性・独創性
• 前駆体および合成技術を合理的に設計することで、大幅に低い温度で完全緻密化が可能な、高い焼結性を持つセラミックス粉末の製造が可能となる。
• 結晶子の形態（サイズ・形状・表面）を制御することで、優れた発光特性を実現できる。
• 付活イオンの配位環境設計とホスト格子の組成・構造設計などによって、高性能な新規蛍光体の開発が期待できる。
内容
左図は、多色発光を示す(Gd,Ln)3(Al,M1/M2)5O12:RE3+蛍光体を示している。ここで、Lnはランタノイド元素、M1およびM2はそれぞれ2価および4価のドーパントイオン、RE3+は付活剤イオンを表している。これらの化合物は、Gd3Al5O12ガーネット（GAG）のGdサイトおよびAlサイトを修飾することで得られたものです。このような手法は、GAGの準安定な結晶格子を安定化させるだけでなく、異なる種類の付活剤を添加することによって多波発光を実現することができた。
右図は、液相合成法で作製したハイエントロピーセラミックス粉末のSEM像とその粉末X回折（XRD）の結果である。グループ内で事前にスクリーニングより選別した候補組成の粉末を液相合成で作製することで、70-80nm程度の微細粒子サイズを有するガーネット単相構造の原料粉末の作製に成功した。更にこれを、通電焼結法でバルク化処理することで、高い透明性を有する複雑組成系の多結晶透明セラミックスの創成を実現した。現在は、更なる高透明化や光学特性の評価を行い、高機能化を目指している。
まとめ
本研究の最終目標は、照明・ディスプレイ、固体レーザー、シンチレーション（イメージング）といった重要な光学分野への応用を目的とした、高性能な蛍光体や透明セラミックスを開発することである。その実現には、精緻に制御された粉末プロセス処理や、材料の化学組成および結晶構造の効果的な設計に依存している。
