多重散乱を利用した新規光機能材料の創製

利用多重散射创建新型光学功能材料

• 批准号: 04J00834
• 负责人: 村井 俊介
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J00834/
• 关键词: 光多重散乱; ランダム媒質; マクロポーラス; ゾルゲル法

ゾル-ゲル法によりサブミクロン領域に連続貫通孔を有するマクロポーラスシリカを作製し、光多重散乱媒質としての応用を検討した。出発組成を適切に選択することによりサイズの揃った連続貫通孔を有するモノリス型シリカを得ることができ、またその細孔径も2桁程度にわたって制御することができる。光学測定により媒質内部における光の平均自由行程と細孔径および細孔の体積分率との関係を調べ、細孔を散乱中心とみなすモデルで平均自由行程の変化を定性的に説明した。マクロポーラスシリカが従来の微粒子系に比べ散乱強度の厳密な制御が簡便に行なえる散乱媒質となりうることがわかった。光の進行が散乱により大きな影響を受けるため、多重散乱媒質中の発光中心は特異な発光挙動を示すと予想される。そこで出発溶液にサマリウムの塩酸塩を混合し、サマリウムイオン含有多孔体を作製し、その発光特性を調べた。従来の溶融急冷法と熱処理を組み合わせる方法では希土類を均一に分散したポーラスガラスの作製は非常に困難であるが、本方法では簡単に作製することが可能である。共焦点顕微鏡観察により骨格内部に均一にサマリウムイオンが分散していることを確認した。その後光化学反応による希土類イオンの価数変化と多孔体による多重散乱を組み合わせたホールバーニング効果を検討した。多孔体の散乱強度によりホール形状を制御できることがわかった。また、温度変化や電圧印加により配向状態を変える液晶を多孔体の細孔内に導入し、温度変化による散乱強度の変化を測定した。液晶(5CB)のネマチック相⇔アイソトロピック相間の転移温度(35℃)を境として散乱強度がおおきく変化することがわかった。これは相変化により媒質内で入射光が感じる屈折率に変化が生じたためであり、散乱強度を外部から制御することが可能であることが示された。

采用溶胶-凝胶法制备了亚微米区域具有连续通孔的大孔二氧化硅，并研究了其作为光多重散射介质的应用。通过适当选择起始组成，可以获得具有均匀尺寸的连续通孔的整体式二氧化硅，并且孔径也可以控制在两个数量级左右。通过光学测量研究了介质内部光的平均自由程与孔径和孔体积分数之间的关系，并使用将孔隙视为散射中心的模型定性地解释了平均自由程的变化。研究发现，大孔二氧化硅可以用作散射介质，与传统的细颗粒系统相比，它可以更严格地控​​制散射强度。由于光的传播受到散射的影响很大，因此多种散射介质中的发光中心预计会表现出独特的发光行为。因此，将盐酸钐与起始溶液混合以制备含有钐离子的多孔体，并研究其发光性能。尽管使用结合熔化和淬火以及热处理的传统方法来生产稀土元素均匀分散的多孔玻璃是极其困难的，但是用该方法可以容易地生产多孔玻璃。共焦显微镜证实钐离子均匀分散在骨架内。随后，我们研究了烧孔效应，该效应结合了光化学反应引起的稀土离子价态的变化和多孔材料的多重散射。研究发现，孔的形状可以通过多孔材料的散射强度来控制。另外，将取向状态随温度变化或电压施加而变化的液晶引入到多孔体的孔中，并测量由于温度变化引起的散射强度的变化。研究发现，在液晶(5CB)向列相与各向同性相的转变温度(35℃)下，散射强度发生显着变化。这是因为相变导致介质内入射光感受到的折射率发生变化，这表明可以从外部控制散射强度。

项目成果

Morphology control of phase-separation-induced alumina-silica macroporous gels for rare-earth-doped scattering media

• DOI: 10.1021/jp0481658
• 发表时间: 2004-09
• 期刊: Journal of Physical Chemistry B
• 影响因子: 3.3
• 作者: S. Murai;K. Fujita;K. Nakanishi;K. Hirao

Tailoring Photonic Strength in Monolithic Macroporous Silica for Random Media

• DOI: 10.1143/jjap.43.5359
• 发表时间: 2004-08
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: S. Murai;K. Fujita;K. Nakanishi;K. Hirao

Fabrication of dye-infiltrated macroporous silica for laser amplification

用于激光放大的染料渗透大孔二氧化硅的制备

• 发表时间: 2004
• 期刊: Journal of Non-Crystalline Solids 345-346
• 作者: Y.Kimura;et al.;S.Murai et al.
• 通讯作者: S.Murai et al.