長残光性発光材料の研究進展

残光性発光材料の基本的な内容

長い残光発光材料長く呼ばれる残光素材、発光材料とも呼ばれます。光源の励起により可視光を発し、得られた光エネルギーの一部を蓄える一種のフォトルミネッセンス材料です。励起が停止した後、エネルギーはゆっくりと光の形で放出されます。したがって、「緑色光源材料」とも呼ばれます。発光素材発光体とも呼ばれます。外部から吸収された様々なエネルギーをアンバランスな光に変換する機能性素材です。太陽光や光を利用して光を蓄え、夜間または暗闇で光を放出するため、夜間の緊急表示、オプトエレクトロニクスデバイスまたはコンポーネント、計器のディスプレイ、低レベルの照明、家の装飾、防衛軍などに広く使用されています。 （夜の旅行マップなど）など。情報処理や新エネルギー、生命科学、先端科学技術分野への応用が期待され、将来の科学技術の発展に影響を与えます。さまざまな種類があります発光材料、および主なタイプは、フォトルミネセンス、陰極線放出、エレクトロルミネセンス、パイロルミネセンス、放射線放出などです。

長残光性発光材料の研究進展

有機性の長い残光素材は、発光材料近年開発されました。ただし、ほとんどの有機分子は、（結晶などの）凝集状態でのみ室温での長時間の残光ルミネセンスを示すか、特別なホストにドープする必要があります。主な理由は、分子が凝集状態の分子間の電子結合を実現できるためです。システム間交差（ISC）は、三重項励起状態を敏感にします。アモルファス状態の有機分子の長時間の残光発光を実現するために、チームは共同して、分子内電子カップリングを備えた小さな有機分子（CzDPS）を構築しました。分子内のカルバゾール（ドナー）ユニットとジフェニルスルホン（アクセプター）ユニットは空間的に近接しています。受容体のこの密接な空間的作用は、ライン間の通過を効果的に仲介し、非クラスター状態で長く持続する発光を達成することができます。結果は、CzDPSが結晶状態で室温のリン光を持つだけでなく、残光が長いドーピング濃度がわずか1wt％の光硬化性接着剤では、この種の材料がプラスチックおよび光硬化性3Dプリンティングの分野で優れた潜在的用途を持っていることを示しています。

これに基づいて、チームはまた、時間分解イメージングにおける有機長残光材料の適用についても調査しました。従来の有機材料のルミネセンス寿命は、一般にナノ秒からミリ秒のオーダーであり、複雑で洗練されたイメージング機器はしばしば区別するために必要です材料の発光 背景散乱光から。長残光素材は発光寿命が数秒で、ミリ秒遅れのロングライフ発光を一般的なCMOSカメラで検出できます。 CzDPSの長時間残光ルミネセンスプロパティを使用して、チームは指紋の下に付着したサンプルを照明することによって指紋の時間分解ルミネセンスイメージングのみを実現しましたUV LEDライト、UV LEDライトをオフにした後、携帯電話を使用して写真を撮り、散乱光と指紋認識における基質の自家蛍光の干渉を効果的に排除します。指紋を識別するための新しくシンプルな方法を提供します。調査結果は、雑誌「マテリアルホライズン」に掲載されています。

各種資料の研究状況

長い残光発光材料は多くの研究が行われており、単純なマトリックス発光から現在の希土類イオンをドープした特殊なマトリックス固体材料まで、さまざまな無機材料が登場しています。発光性能も継続的に向上しています。以下に一部資料の研究状況を紹介します。

（1）硫化物系

硫化物シリーズの残光発光材料開発の長い歴史があります。 1866年、フランスのSidotは最初に長光残光材料を製造し、20世紀初頭に工業化されました。それ以来、青紫色のCaS：Bi、黄色を発するZnCd：Cuなど、さまざまな硫化物系の長残光材料が開発されてきました。しかしながら、硫化物系の残光が長い材料は、発光輝度が低く、残光時間が短く、化学的安定性が低く、潮解しやすい。これらの欠点は、放射性元素、材料コーティングなどを追加することで克服できますが、放射性元素を追加すると、人の健康や環境に害が生じます。そのため、実用上は大きく制限されます。

（2）アルミネートマトリックスシステム

1960年代、日本の研究者はSrAl204：Eu2 +の長い残光現象を発見し、それに広範な研究関心をもたらしました。この材料に関する詳細な研究により、硫化物マトリックス材料よりも残光特性が大幅に改善されていることが示されています。アルミネートシステムの発光輝度、残光時間、および化学的安定性は、第1世代の硫化物システムの長い残光材料とは比較にならないものです。しかしながら、アルカリ土類アルミン酸塩材料は、単一の発光色、高い合成温度を有し、水と接触すると潮解しがちである。

（3）ケイ酸塩系

実際、人々は長い間ケイ酸塩蛍光体の研究開発を重要視してきました。ケイ酸塩ベースなので発光材料ケイ酸塩システムでは、化学的および熱的安定性が高く、高純度のシリカ原料は安価で簡単に入手でき、焼結温度はアルミン酸塩システムと比較して100°C未満です。ケイ酸塩の残光特性発光材料次のとおりです。外部放射照度が安定しているため、材料の発光色の範囲が広がります。特に、消防緊急分野の青色の材料。光吸収とルミネセンスの特性により、電源不要、便利な設置、低コスト、メンテナンスフリー、高い安全率、特殊材料は優れたアプリケーション特性を備えているだけでなく、高い残光輝度と長時間を備え、新しい発光材料の種類。さらに、ケイ酸塩系材料の用途特性は非常停電の場合であるため、迅速な照明を実現するために人工エネルギーを必要としないため、特定の分野（セラミック産業など）での用途は大きな需要があります。現在、火災緊急システムや安全表示システムではアルミン酸塩システムよりも優れています。通路、安全出口標識、消火設備標識、警告標識などの最新のハイテク製品は、国内外の防火業界で広く使用されています。

（4）チタン酸塩系

希土類イオン活性化アルカリ土類金属チタン酸塩は、もう1つのタイプの長い赤い残光です発光素材安定した化学的性質、高い光度、良好な色純度を備えています。希土類活性化チタン酸塩の発光マトリックスは、主にアルカリ土類炭酸塩です。初期の研究では、Sm3 +活性化BaTiO3およびCr3 +活性化CaTiO3があります。現在報告されているのは、Pr3 +活性化SrTiO3およびCaTiO3です。その製造工程はTi0を使用しています。アルカリ土類炭酸塩を原料とし、活性化イオン等を一定量添加し、高温固相反応によりZnO、MgO、Al2O3をマトリックスに混合し、Zn、Mg、AlI等を製造します。マトリックスのマトリックス内の地球要素。良好な発光輝度と長い残光時間を実現します。アルカリ土類チタン酸赤長い残光発光素材CaTiO3に代表されるように：Pr3 +は安定しており、性能が優れているだけでなく、色も純粋です。その発光メカニズムを研究し、高い残光特性の効果的な方法を見つけることは、新しい赤い長い残光物質の研究にとって非常に重要です。しかし、このシステムの最大の欠点は、発光輝度が十分ではなく、残光時間が実際のアプリケーションの要件を満たせず、可視光領域の励起強度をさらに改善する必要があることです。

（5）硫黄酸化物系

硫黄酸化​​物シリーズの長残光発光材料は、新しいタイプの長残光です。発光素材。そのマトリックスシステムは、主にEu2 +およびSm3 +活性化赤色発光Y202S希土類硫黄酸化物材料です。硫黄酸化​​物シリーズの長い残光発光材料赤色の残光性発光材料の中で、現在、最良のタイプの長残光性発光材料である。ただし、発光粉末のマトリックス材料は希土類硫黄酸化物で構成されており、コストが高すぎます。また、発光輝度と残光時間は、青緑色のアルカリ土類アルミン酸塩とケイ酸塩シリーズほど良くありません。発光材料.

長残光性発光材料の展望

これまでのところ、長い残光発光材料まだ夜行性の材料で使用されています。これらの材料の特性に基づいて、これらの材料は環境触媒作用および生物医学とエネルギーの分野での用途があると考えています。環境触媒作用とバイオマーカーの予備調査を実施し、特定の結果を達成しました。例えば、光触媒材料と配合することにより、複合材料明暗のない環境下でも光触媒効果を発揮し、多機能材料として期待されています。前述のように、球形のCaWO。 EU *赤の長い残光発光材料私たちが見つけたタングステン酸塩システムの長時間残光ルミネセンス特性を使用して作成されました（残光時間はバイオマーカーの要件を満たしています）。その後、生物医学分野での発光材料の応用に新たな道を拓く、新しい生物発光マーカーとして研究を進めました。また、太陽エネルギーへの応用も考えられ、新しいタイプの光電変換材料やエネルギー材料となります。