ダブルペロブスカイト型複合酸化物を基材とする新しい着色無機顔料の開発

基于双钙钛矿复合氧化物的新型有色无机颜料的开发

基本信息

批准号：
22K04698
负责人：
増井敏行
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tottori University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

色材である無機顔料において有害元素を含む従来のものから，安全な物質かつ安全なプロセスで合成された材料へ転換する機運が高まっている．しかし，その有力な候補となる金属酸化物材料においても解決すべき課題がいまだ多く存在する．本研究では，物理的・化学的に安定なダブルペロブスカイト型金属複合酸化物を母体とし，発色源となる希土類イオンを固溶させて組成や結晶場を制御することで，安全な物質とプロセスで多彩な色を発現する新規酸化物系無機顔料の開発を目指した．令和４年度は，ダブルペロブスカイト型構造のBa2RETaO6（RE = La, Gd, Y）を選択し，RE3+サイトにCe3+を固溶させたBa2RE1－xCexTaO6（x = 0～1）の合成を行い，得られた試料の色彩を評価した．粉末X線回折測定の結果，全ての試料において目的相が単相で得られた．また，母体のBa2RETaO6（RE = La, Gd, Y）についてリートベルト解析により結晶構造パラメータを精密化した結果，RE3+サイトは [REO6]の八面体で存在し，それぞれのRE－O間の平均結合距離は中心にあるRE3+イオンのイオン半径が小さいほど短くなり，La3+ < Gd3+ < Y3+の順にCe3+の受ける結晶場が強くなることがわかった．合成した試料はCe3+の4f-5d遷移により，波長400～550nm付近の紫色から緑色に相当する光を強く吸収した．また，La，Gd，Yとイオン半径が小さくなるに従い，Ce3+の受ける結晶場が強くなるため，光吸収波長は長波長側にシフトした．さらに，各試料の色はCe3+の固溶量に依存し，Ce3+濃度が増すに従い，RE = Laのときは橙～赤橙に，RE = Gdのときはピンク～赤橙に，RE = Yのときは紫～赤橙にそれぞれ制御できることを明らかにした．

从含有有害元素的传统无机颜料转向由安全物质和通过安全工艺合成的材料的势头越来越大。然而，即使是金属氧化物材料，仍然有许多问题需要解决，这是有希望的候选材料。在这项研究中，我们使用物理和化学稳定的双钙钛矿型金属复合氧化物作为基础材料，通过溶解作为色源的稀土离子并控制成分和晶体场来创建安全的材料和工艺。旨在开发能够表达多种颜色的新型氧化物无机颜料。在2020财年，我们选择了具有双钙钛矿结构的Ba2RETaO6（RE = La，Gd，Y），并合成了Ba2RE1−xCexTaO6（x = 0至1），其中Ce3+溶解在RE3+位点，并对样品的颜色进行了评估。粉末X射线衍射测量的结果是，在所有样品中均以单相形式获得目标相。此外，通过Rietveld分析对基体Ba2RETaO6（RE=La、Gd、Y）的晶体结构参数进行细化，我们发现RE3+位点以[REO6]八面体的形式存在，并且每个位点之间的平均键RE−O 发现随着中心RE3+离子的离子半径变小，距离变短，并且Ce3+所施加的晶体场按照La3+<Gd3+<Y3+的顺序变强。由于 Ce3+ 的 4f-5d 跃迁，合成的样品强烈吸收对应于 400 至 550 nm 左右紫色到绿色波长的光。另外，随着La、Gd、Y的离子半径减小，Ce3+受到的晶体场变强，因此光吸收波长向长波长侧移动。此外，各样品的颜色取决于Ce3+的固溶量，随着Ce3+浓度的增加，当RE=La时，由橙色变为红橙色，当RE=Gd时，由粉红色变为红橙色，随着Ce3+浓度的增加，样品的颜色由粉红色变为红橙色。增加，当RE = Gd时，它从粉红色变为红橙色。据揭示，颜色可以从紫色控制为红橙色。