原子レベルで構造・組織を制御した無機材料を創製し、新機能発現、機能向上をめざしています

新酸化物蛍光体の創製及び結晶構造と物性の機構解明

ステータス基礎実証実用化準備

概要

Li-(Ta,Nb)-Ti-O系材料は、ユニークな周期構造（超構造）を発現します。この材料を原子レベルで均質性を観察しながら合成し、0.35MPという常圧の3～4倍程度の圧力で、今までの合成時間に比べ1/6程度の時間で、均質材料の合成ができることを初めて見出しました。この合成手法を用いて、結晶構造・組成制御による母体設計を行い、様々な蛍光体酸化物の合成を行っています。また、高度な観察・解析技術により、材料の正確な物性の機構解明を行い、その知見を材料設計にフィードバックしながら研究を進めています。

研究キーワード

従来技術

短時間合成には様々な手法が報告されてきましたが、大型の装置が必要な場合も多く、よりコンパクトで、より使いやすい技術が求められます。

優位性

加圧ガス雰囲気炉は、常圧の3～4倍程度の圧力で、汎用タイプの電気炉焼成に比べて、約１/6の時間での焼成ができることを見出しました。そのメカニズムについては論文を参照ください。Materials2018, 11, 987; doi:10.3390/ma11060987

特徴

【研究成果】

1.Li-Nb-Ti-O(LNT)系固溶体による加圧場を使った低温・短時間合成の確立と機構解明

LNT(Li_1+x-yNb_1-x-3yTi_x+4yO₃)材料のユニークな周期構造（図１）は、Tiの拡散により進行しますが、均質な材料合成には長いもので10日間焼成に時間がかかりました。そこで、加圧場（図２）を使用し、低温・短時間合成を試み、0.35MPにおいて短時間での均質材料合成に成功しました。（加圧ガス雰囲気炉は2019年2月特許登録）

2.紫色励起Li-Ta-Ti-O(LTT)系赤色蛍光体の実用化に向けた取り組み

LTT:Eu,Sm 蛍光体について、400nm 励起による色純度の高い赤色発光を示す材料の開発を行い、高温・高湿度試験、材料の安定性、内部量子効率98％を示すことができました（図３）。しかしながら、発光中心イオンのEu³⁺による時間応答性は、YAG蛍光体に比べて低く、この点を補うための改良が課題です。

３.透過型電子顕微鏡等による原子レベルでの正確な分析と機構解明

材料の物性は、結晶構造や組織と密接に関わっており、原子レベルでの正確な解析により、「なぜ高い物性値を示したのか？」という機構解明をすることができます（事例：図4）。材料のメカニズム解析には最新装置も必要ですが、それ以上にTEMの観察・解析の高いスキルも必要となりますので、私たちはその解析力の向上を目指して研究を行っています。（日本セラミックス協会　2010年学術賞受賞）