新規組成オキシフッ化物ナノ結晶化ガラスの創製と光学素子への応用

新型氟纳米晶玻璃的制备及其在光学器件中的应用

基本信息

批准号：
15760506
负责人：
藤原忍
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

シリカをベースとする透明なナノ結晶化蛍光ガラス薄膜の開発を行った。透明性についてはゾル-ゲル・プロセスにおける種々の合成パラメーターを調査・検討し、膜の気孔率と散乱特性を精密に制御することで高い可視光透過性を達成した。ナノ結晶化させる蛍光体材料には希土類フッ化物、オキシフッ化物および酸化物を調査した。従来、ゾル-ゲル法では原料となる金属源が均一に混合されるため所望の結晶(特に金属酸化物)をガラス中にナノ結晶化させることは困難であったが、申請者らが開発したゾル-ゲルフッ化物法を適用することにより、所望のナノ結晶を選択的に結晶化させることができるようになった。具体的には、付活剤として赤色発光を示す3価のユーロピウムおよびサマリウムを、代表的なホスト結晶として酸化セリウム(CeO_2)および酸化ランタン(La_2O_3)を選択した。トリフルオロ酢酸をフッ素源として用いるプロセスでフッ化物およびオキシフッ化物の低温結晶化を利用したガラス中でのナノ結晶化を試みたところ、1000℃より低い熱処理で所望のSiO_2-La_2O_3:Eu^<3+>系ガラス薄膜が得られることが明らかとなった。さらにその合成過程を詳細に調査したところ、新しい結晶相であるLa_<10>(SiO_4)_6O_3オキシアパタイトが1000℃以上の熱処理で生成することを見いだした。この結晶相は陽イオン置換性が極めて高く、付活剤の希土類イオンに加えて、構造変調のためにアルカリ金属、アルカリ土類金属をはじめとする種々の金属イオンをドープすることが可能であることがわかった。その結果、結晶構造制御により蛍光励起波長を精密に変化させることができるようになった。

我们开发了一种基于二氧化硅的透明纳米晶荧光玻璃薄膜。在透明度方面，我们研究并检查了溶胶-凝胶过程中的各种合成参数，通过精确控制薄膜的孔隙率和散射特性，实现了高可见光透明度。研究了稀土氟化物、氟氧化物和氧化物作为纳米晶化磷光体材料。以往，在溶胶凝胶法中，由于原料金属源混合均匀，因此难以在玻璃中使所需的晶体（特别是金属氧化物）纳米晶化，而通过应用溶胶凝胶氟化物法，可以选择性地使所需的纳米晶体结晶化。。具体而言，选择发射红光的三价铕和钐作为激活剂，选择氧化铈(CeO_2)和氧化镧(La_2O_3)作为典型的基质晶体。当我们尝试在以三氟乙酸为氟源的工艺中利用氟化物和氟氧化物的低温结晶进行玻璃纳米晶化时，我们发现通过1000℃以下的热处理可以获得所需的SiO_2-La_2O_3:Eu^<3。已经清楚可以获得+>型玻璃薄膜。此外，我们对合成过程进行了详细研究，发现经过1000℃以上的热处理，形成了一种新的晶相La_<10>(SiO_4)_6O_3氧磷灰石。我发现这种晶相具有极高的阳离子取代性能，除了稀土离子作为活化剂外，还可以掺杂包括碱金属和碱土金属在内的各种金属离子来改变结构。结果，可以通过控制晶体结构来精确地改变荧光激发波长。