JP2011126985A - チタン酸バリウム系蛍光物質 - Google Patents
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Abstract
【課題】ブロードな蛍光特性を示す新規な蛍光物質を得ること。
【解決手段】ゾルゲル法によるチタン酸バリウム系結晶前躯体ゲルにより構成されたことを特徴とする蛍光物質である。チタン酸バリウム系結晶とは、例えば、ＢａＴｉＯ３やＢａＴｉ２Ｏ５をいい、結晶前駆体ゲルとは、当該結晶を得るためのゲルをいう。このゲルは、乾燥して水分をほとんど失った性状も含まれる。ゾルゲル法としては金属アルコキシドを用いることができる。
【選択図】図４
【解決手段】ゾルゲル法によるチタン酸バリウム系結晶前躯体ゲルにより構成されたことを特徴とする蛍光物質である。チタン酸バリウム系結晶とは、例えば、ＢａＴｉＯ３やＢａＴｉ２Ｏ５をいい、結晶前駆体ゲルとは、当該結晶を得るためのゲルをいう。このゲルは、乾燥して水分をほとんど失った性状も含まれる。ゾルゲル法としては金属アルコキシドを用いることができる。
【選択図】図４
Description
本発明は、チタン酸バリウム系蛍光物質に関し、特に、励起光波長に応じて発光色が変化するブロードな発光スペクトルの得られる新規な蛍光物質に関する。
従来、チタン酸バリウムとして、例えば、ＢａＴｉＯ３やＢａＴｉ２Ｏ５などが知られ、その結晶は強誘電体材料として広く用いられている。これらの結晶は、固相反応法やゾルゲル法などにより得ることができ、セラミックス化する際には例えば１３００℃程度で焼成する。
ここで、一般にチタン酸バリウム系結晶は蛍光物質としては知られておらず、セラミックス化したものも蛍光材料としては全く認知されていない。
一方、特許文献１では、本発明と同様にチタン酸バリウムを用いた蛍光物質が開示されているが、これは、添加する希土類元素に基づくシャープな蛍光を得る技術である。
本発明は、従来知られていない新規な蛍光物質を提供する。
請求項１に記載の蛍光物質は、ゾルゲル法によるチタン酸バリウム系結晶の前躯体ゲルにより構成されたことを特徴とする。チタン酸バリウム系結晶とは、例えば、ＢａＴｉＯ３やＢａＴｉ２Ｏ５をいい、前駆体ゲルとは、当該結晶を得るためのゲルをいう。すなわち、焼成（セラミックス化）はもとより仮焼成（有機物等の加熱による除去）前のゲルをいい、通常は、乾燥して水分をほとんど失っているが、使用の態様により微量の水分が含まれていてもよいものとする。ゾルゲル法としては金属アルコキシドを用いる方法が挙げられる。
請求項２に記載の蛍光物質は、請求項１に記載の蛍光物質において、前躯体ゲルを形成する乾燥温度を１３０℃以下としたことを特徴とする。乾燥温度は好ましくは７０℃であり、さらに好ましくは３０℃である。乾燥温度が高温となるほど蛍光強度が弱くなり、乾燥温度が２００℃程度となると蛍光特性は観測されなくなる。
本発明によれば、新規な蛍光物質が得られる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明は、様々な組成形態を有するチタン酸バリウムを金属アルコキシドからゾルゲル法により得る過程で発見されたものである。すなわち、仮焼成する前の６０℃で乾燥した前駆体ゲルを粉末化して励起光を照射したところ、驚くべきことに蛍光発光が観測されたことに基づきなされた発明である。以下、詳細に説明する。
本発明は、様々な組成形態を有するチタン酸バリウムを金属アルコキシドからゾルゲル法により得る過程で発見されたものである。すなわち、仮焼成する前の６０℃で乾燥した前駆体ゲルを粉末化して励起光を照射したところ、驚くべきことに蛍光発光が観測されたことに基づきなされた発明である。以下、詳細に説明する。
まず、Ｂａ（ＯＣ２Ｈ５）２（高純度化学研究所製：純度９９．０％以上）：Ｔｉ［ＯＣＨ（ＣＨ３）２］４（キシダ化学製：純度９９．０％以上）＝１：２（モル比）として、窒素ガス中で室温においてメタノール（関東化学社製：純度９９％）と２−メトキシエタノール（キシダ化学製：純度９９％以上）の混合溶媒に１時間溶解させ、濃度１．０ｍｏｌ／Ｌの前駆体溶液を作成した。
これを０℃まで冷却し、攪拌しながら蒸留水を噴霧して加水分解をおこなった。
次に、６０℃で３日間エージングし水分の飛んだ前駆体ゲルを作製した。これを遊星ボールミルで砕き粉末化した。この乾燥ゲル（ＢａＴｉ２Ｏ５前駆体乾燥ゲル）のＸＲＤパターンを測定した。結果を図１に示す。なお、図１では、乾燥ゲルを６５０℃で仮焼成したものおよびさらに１０００℃で焼成した粉末のＸＲＤパターンも描画した。図から明らかなように、乾燥ゲルは結晶化していないことが確認できる。
次に、６０℃で３日間エージングし水分の飛んだ前駆体ゲルを作製した。これを遊星ボールミルで砕き粉末化した。この乾燥ゲル（ＢａＴｉ２Ｏ５前駆体乾燥ゲル）のＸＲＤパターンを測定した。結果を図１に示す。なお、図１では、乾燥ゲルを６５０℃で仮焼成したものおよびさらに１０００℃で焼成した粉末のＸＲＤパターンも描画した。図から明らかなように、乾燥ゲルは結晶化していないことが確認できる。
次に、得られた粉末を蛍光顕微鏡（オリンパス製、BX-FLA）で観測した。水銀ランプを用いバンドパスフィルタを介して、紫外光（波長３３０ｎｍ〜３８５ｎｍ）で励起したところ、緑色の蛍光発光が観測され、緑色光（波長５１０ｎｍ〜５５０ｎｍ）で励起したところ、赤色の蛍光発光が観測された。
次に、別の組成でも同様の蛍光が得られるか調べるため、１０％のＫＦを添加したＢａＴｉＯ３の前駆体ゲルを作成した。作製プロセスは上記ＢａＴｉ２Ｏ５の場合と同様であるが、出発原料を、Ｂａ（ＯＣ２Ｈ５）２：Ｔｉ［ＯＣＨ（ＣＨ３）２］４：ＫＦ (Ｍｅｒｃｋ, ９９%)＝０．９０：１．００：０．１０（モル比）とした。
得られた粉末を蛍光顕微鏡で観測したところ、ＢａＴｉ２Ｏ５のときと同様に、紫外光で励起すると緑色の蛍光発光が観測され、緑色光で励起すると赤色の蛍光発光が観測された。
詳細に検討するために、それぞれ得られた乾燥ゲルに４０５ｎｍの紫色のレーザを照射し、４５０ｎｍ以上の波長を通過させるハイパスフィルタを使用し、室温にて蛍光波長スペクトルを測定した。結果を図２に示す。図２から明らかなように、蛍光波長は４５０ｎｍ〜７５０ｎｍにわたるピーク５３０ｎｍの緑色の連続スペクトルであった。
また、それぞれ得られた乾燥ゲルに５３２ｎｍの緑色のレーザを照射し、当該波長をカットするノッチフィルタを介して室温にて蛍光波長スペクトルを測定した。結果を図３に示す。図３から明らかなように、蛍光波長は５００ｎｍ〜７５０ｎｍにわたるピーク６３０ｎｍの赤色の連続スペクトルであった。
これらの蛍光現象は、従来知られておらず、通常は、ゾルゲル法による場合には１０００℃程度に焼成して結晶成長させる。よって、前駆体ゲルから得られる蛍光の乾燥温度依存性について検討した。実験は、まず、ＢａＴ２Ｏ５の前駆体ゲルを３０℃、７０℃、１３０℃、１９５℃で水分がなくなるまで十分乾燥させた。次に、これらの乾燥ゲルに４０５ｎｍの紫色のレーザを照射し、４５０ｎｍ以上の波長を通過させるハイパスフィルタを使用し、室温にて蛍光波長スペクトルをそれぞれ測定した。結果を図４に示す。図４から明らかなように、ピーク波長は５３０ｎｍ程度であるが、乾燥温度が高いほどピークが低くなり、１９５℃では、蛍光発光は観測されなくなった。以上の結果から、前駆体ゲルの乾燥温度が高いと蛍光が見られず、１３０℃以下が好ましいことを確認した。
通常であれば、蛍光発光させるには結晶性が良いことが求められることが技術常識であるため、当業者は、焼成後の結晶の蛍光発光を測定する。Ｔｉ−Ｂａ系酸化物は、蛍光素材として知られていないので、逆に前駆体ゲルの蛍光特性を測定しようとは思わず、本発明は驚くべき結果を示しているといえる。
本発明によれば、６０℃程度の低温合成が可能であり、希土類や遷移元素によるものと異なり非常にブロードな蛍光発光が得られる。従って、励起波長を異ならせることにより、蛍光色を異ならせることが可能となる。これを利用して、例えば、生体染色をおこなうとき、背景色に応じて発光の色を決定でき、異なった物質で二度染色する必要がなく、利便性が高い。
Claims (2)
- ゾルゲル法によるチタン酸バリウム系結晶の前躯体ゲルにより構成されたことを特徴とする蛍光物質。
- 前躯体ゲルを形成する乾燥温度を１３０℃以下としたことを特徴とする請求項１に記載の蛍光物質。
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| JPN6013030184; ナノ構造透明チタン酸バリウムセラミックスの合成と新機能電子・光学物性の創製 平成９-１１年度 Ｎｏ．０９３０５０４３ , 2000, Ｐａｇｅ．１-２１ * |
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