JPWO2017179609A1 - ナノコンポジットおよびナノコンポジットの製造方法 - Google Patents

Abstract

ナノコンポジットは、マトリックス相と、マトリックス相に分散している機能領域と、を備える。機能領域は、単結晶の微粒子を含有する。

Description

本発明は、ナノコンポジットに関し、例えば、発光体や磁性体等の機能部材に関する。

従来、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode)等の半導体発光素子と、半導体発光素子から出射した光により励起され、波長変換された光を出射する蛍光体と、を組み合わせることで、所望の発光色が得られる発光モジュールが考案されている。

また、上述の蛍光体が粉末状の場合、ガラスや樹脂等の透明なマトリックスに分散させることで所望の形状の発光色変換部や色変換部材を実現したものも考案されている（特許文献１、２参照）。

特開２００１−１１９０７５号公報 特開２００８−２０８３８０号公報

しかしながら、粉末状の蛍光体は多結晶のものが多く、多結晶は、粒径が数十ｎｍ程度の微細な結晶子の集まりであるため、粒子内で激しく光散乱が起こり、光が多結晶の粒子を透過することは困難であった。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的の一つは、入射した光の散乱が抑制された発光体を提供することにある。また、例示的な目的の他の一つは、機能と耐久性を考慮したナノコンポジットを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のナノコンポジットは、マトリックス相と、マトリックス相に分散している機能領域と、を備える。機能領域は、単結晶の微粒子を含有する。

この態様によると、単結晶の微粒子を含有する機能領域は、マトリックス相に分散しているため、環境から受ける影響を低減できる。

機能領域は、マトリックス相の一部が結晶化されている結晶領域に偏在していてもよい。これにより、機能領域を比較的簡便にマトリックス相の内部に形成できる。

マトリックス相は、シリカであり、結晶領域は、シリカの一部が結晶化されたクリストバライト構造を有してもよい。これにより、比較的安定なシリカを原料にできる。

単結晶の微粒子は、潮解性のある化合物であってもよい。従来、潮解性のある化合物からなる単結晶の微粒子は、機能を発揮する寿命が極端に短かった。しかしながら、本願発明によれば、機能領域として初期性能を満たせるものであれば、従来用いることができなかった耐湿性の低い様々な化合物を利用することが可能となる。

化合物は、Ｍ^ＩＩＸ_２：Ｒｅ（Ｍ^ＩＩは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｃｄ，Ｚｎ，Ｍｎからなる群より選ばれる一種以上の元素、Ｘは、Ｆ，Ｃｌ，Ｉからなる群より選ばれる一種以上の元素、Ｒｅは、希土類元素からなる群より選ばれる一種以上の元素）で表されている蛍光体であってもよい。

化合物は、Ｍ’^ＩＩＥ（Ｍ’^ＩＩは、Ｚｎ，Ｃｄからなる群より選ばれる一種以上の元素、Ｅは、Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅからなる群より選ばれる一種以上の元素）で表されている蛍光体であってもよい。

化合物は、Ｍ^ＩＩＳ：Ｒｅ（Ｍ^ＩＩは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｃｄ，Ｚｎ，Ｍｎからなる群より選ばれる一種以上の元素、Ｒｅは、希土類元素からなる群より選ばれる一種以上の元素）で表されている蛍光体であってもよい。化合物は、Ｍ^ＩＳ：Ｍ^２＋またはＭ^ＩＩＳ：Ｍ^２＋（Ｍ^Ｉは、ＡｇまたはＣｕ、Ｍ^ＩＩは、Ｓｎ，Ｚｎ，Ｃｄからなる群より選ばれる一種以上の元素、Ｍ^２＋は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｍｎからなる群より選ばれる一種以上の元素）で表されている磁性体であってもよい。

微粒子は、平均粒径が１〜１００ｎｍであってもよい。これにより、所望の機能をより少量の微粒子で実現できる。

本発明の別の態様は、ナノコンポジットの製造方法である。この方法は、マトリックス相となる部材の表面に蛍光体の原料となる一種以上の化合物を載置する工程と、化合物が部材の表面に載置された状態で加熱する工程と、を有する。

この態様によると、簡便な方法でマトリックス相の内部に蛍光体となる化合物を侵入させることができる。なお、磁性体となる化合物を侵入させることも可能である。

部材の表面は、算術平均粗さＲａが５〜２０μｍであってもよい。これにより、蛍光体をマトリックス相の内部に侵入させやすくなる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、機能と耐久性を考慮したナノコンポジットを提供することができる。

図１（ａ）は、板状の発光体の模式図、図１（ｂ）は、ファイバー状の発光体の模式図、図１（ｃ）は、粒子状の発光体の模式図である。 図２（ａ）〜図２（ｄ）は、ナノコンポジット型の蛍光体ができるメカニズムについて説明した模式図である。 実施例１に係る蛍光板の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を示す図である。 図３の領域Ｒにおける電子線回折パターンを示す図である。 実施例１に係る蛍光板の励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。 実施例２に係る蛍光板の発光スペクトルを示す図である。 実施例３に係る蛍光ファイバーの発光スペクトルを示す図である。 実施例４に係る蛍光板の発光スペクトルを示す図である。 実施例５に係る蛍光板の発光スペクトルを示す図である。 実施例６に係る蛍光板の発光スペクトルを示す図である。 図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、ナノコンポジット蛍光体の形成メカニズムの一例を説明するための模式図である。 フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）を用いて計測した、焼結前後のシリカの吸収スペクトルを示す図である。 混合前（ラインＬ４）、混合後（ラインＬ５）、焼結後（ラインＬ６）の各時点でのＳｉＯ_２粒子の粒径分布を示す図である。 図１４（ａ）は、焼結後のＳｉＯ_２粒塊の内部にＣａＩ_２：Ｅｕ^２＋のシングルナノクリスタルが生成された状態を示す模式図、図１４（ｂ）は、粒塊の外側の結晶領域の電子線回折パターンを示す図、図１４（ｃ）は、粒塊の中心側のアモルファス領域の電子線回折パターンを示す図である。 ナノコンポジット蛍光体の励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。 ナノコンポジット蛍光体の温度特性を示す図である。 ナノコンポジット蛍光体の寿命試験の結果を示す図である。 実施例８に係るナノコンポジットのＸ線回折パターンを示す図である。 実施例８に係るナノコンポジットの断面ＳＥＭ像を示す図である。 実施例８に係るナノコンポジットの断面ＳＴＥＭ像を示す図である。 図２０のＡ−Ａ線に沿ったＳＴＥＭ−ＥＤＸによる組成分析の結果を示す図である。 図２０に示す白点部の電子線回折パターンを示す図である。 実施例９に係るナノコンポジットのＸ線回折パターンを示す図である。 実施例９に係るナノコンポジットの励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。 実施例１０に係るナノコンポジットのＸ線回折パターンを示す図である。 実施例１０に係るナノコンポジットの励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。 実施例１１に係るナノコンポジットのＸ線回折パターンを示す図である。 実施例１１に係るナノコンポジットの励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。 実施例１２に係るナノコンポジットのＸ線回折パターンを示す図である。 実施例１２に係るナノコンポジットの励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。 実施例１３に係るナノコンポジットのＸ線回折パターンを示す図である。

以下、図面等を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

（発光体）
はじめに、本実施の形態に係るナノコンポジット型の発光体の概略構成について説明する。図１（ａ）は、板状の発光体の模式図、図１（ｂ）は、ファイバー状の発光体の模式図、図１（ｃ）は、粒子状の発光体の模式図である。

図１（ａ）に示す発光体１０は、板状のマトリックス相１２と、マトリックス相１２に分散された蛍光領域１４と、を備える。蛍光領域１４は、単結晶の微粒子からなる蛍光体を含有する。図１（ｂ）に示す発光体１６は、ファイバー状のマトリックス相１８と、マトリックス相１８に分散された蛍光領域１４と、を備える。図１（ｃ）に示す発光体２０は、粒子状のマトリックス相２２と、マトリックス相２２に分散された蛍光領域１４と、を備える。

上述の各発光体は、単結晶の微粒子からなる蛍光体を含有する蛍光領域がマトリックス相に分散されているため、多結晶蛍光体が分散されている場合と比較して、蛍光領域内での光の散乱を抑制できる。

次に、単結晶の微粒子からなるナノコンポジット型の蛍光体が形成される過程について詳述する。以下では、マトリックス相がシリカの場合について説明する。図２（ａ）〜図２（ｄ）は、ナノコンポジット型の蛍光体ができるメカニズムについて説明した模式図である。

シリカは、ＳｉＯ_４四面体がＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合で連結された基本骨格を有するアモルファス構造である。Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉの結合角度は、１４５°±１０°の角度を有している（図２（ａ））。シリカを加熱すると、１０００℃あたりまでは熱膨張率が小さいが、１０００℃を超えたあたりから熱膨張率がなだらかに上昇する。これは、シリカ表面のＯＨ基から活性水素が発生し、シリカの一部にＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合の切断、再配列が起こるためである。この時、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉの結合角は１８０°になり、ＳｉＯ_４連結網の中に大きな空隙が生じる（図２（ｂ））。この空隙は、Ｃａ^２＋，Ｅｕ^２＋等の金属の陽イオン２４、及び、ハロゲン等の陰イオン２６にとってポケットとなり、これらイオンがＳｉＯ_４連結網の中に取り込まれる（図２（ｃ））。

取り込まれたイオンは熱拡散により、陽イオン２４と陰イオン２６とが結合を起こし、イオン結晶核２８が生成する（図２（ｄ））。イオン結晶核２８が生成されたことに触発され、マトリックス相のシリカも結晶化しクリストバライトが生成すると考えられる。このようにして、ナノコンポジット型の蛍光体が生成されたものと推察される。

このように、本実施の形態に係る蛍光領域は、少なくともマトリックス相との界面においてマトリックス相であるシリカの一部が結晶化し、クリストバライト構造となっている。これにより、蛍光領域が含有する蛍光体をより安定化できる。また、比較的安定なシリカをマトリックス相の原料にできる。

次に、各実施例を参照してより具体的に説明する。

（実施例１）
実施例１に係る発光体１は、石英ガラス板に蛍光成分としてＣａＩ_２：Ｅｕ^２＋を含有したものである。発光体１の製造方法は、はじめに、大きさが３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さが１ｍｍの石英ガラスをマトリックス相として準備し、サンドブラスト処理により表面を粗化（算術平均粗さＲａ＝１０μｍ）する。なお粗化の程度は５〜２０μｍの範囲で適宜選択してもよい。これにより、蛍光体をマトリックス相の内部に侵入させやすくなる。その後、ガラス表面を純水で洗浄し、基板状のマトリックス相を作製した。

次に、蛍光成分を準備する。蛍光成分の製造方法は、原料であるＣａＩ_２、ＥｕＣｌ_３、ＮＨ_４Ｉ、ＮＨ_４ＦをＮ_２雰囲気のグローブボックス中で混合（モル比１：０．０８：０．３：０．０５）して混合原料を作製する。そして、この混合原料粉末０．５ｇを上述の石英ガラスの粗化した表面に平坦に敷き詰め、アルミナ製の焼成容器に入れ、水素含有窒素雰囲気（Ｎ_２／Ｈ_２＝９５／５）で１０００℃、１２時間加熱する。その後、基板を温純水で洗浄し、余剰の原料を洗い流し、蛍光板（板状の発光体１）を得た。

図３は、実施例１に係る蛍光板の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を示す図である。図４は、図３の領域Ｒにおける電子線回折パターンを示す図である。図３、図４に示す結果やその他の分析により、実施例１に係る蛍光板は、石英ガラスが一部結晶化し、クリストバライトが生じていることがわかった。また、蛍光板中には、φ６０ｎｍのＣａＩ_２：Ｅｕ単結晶の蛍光成分が分散していることもわかった。単結晶であることは、図４に示す電子線回折パターンから明らかである。また、ＣａＩ_２：Ｅｕ単結晶が分散している深さは、約２５０μｍであり、単結晶の微粒子が完全にマトリックス相で覆われた状態で分散していることも明らかとなった。

図５は、実施例１に係る蛍光板の励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。図５に示す励起スペクトルＳ１からわかるように、実施例１に係る蛍光板は、４００ｎｍ前後の波長の近紫外線を吸収する。また、実施例１に係る蛍光板は、ピーク波長が４００ｎｍの近紫外線により励起され、ピーク波長が４６５ｎｍ前後の青色光を発する。

（実施例２）
実施例２に係る発光体２は、アルカリ土類硼珪酸ガラスに蛍光成分としてＣｄＳｅを含有したものである。発光体２の製造方法は、はじめにＳｉＯ_２（６０ｍｏｌ％）−ＳｒＯ（２０ｍｏｌ％）−Ｂ_２Ｏ_３（２０ｍｏｌ％）の混合粉末を１５６０℃で溶融し、スチールプレート上に流し、１０ｍｍ□（ｔ＝１．５ｍｍ）の大きさのガラス片として切り出した。切り出したガラス片を２ＮのＫＯＨ水溶液に１分間浸漬し、表面エッチングをした後、ガラス表面を純水で洗浄し、基板状のマトリックス相を作製した。

次に、蛍光成分を準備する。蛍光成分の製造方法は、原料であるＢ_２Ｓe_３、ＣｄＯ、ＮＨ_４ＦをＮ_２雰囲気のグローブボックス中で混合（モル比１：３：０．１）して混合原料を作製する。そして、この混合原料粉末０．５ｇを上述のアルカリ土類硼珪酸ガラスのエッチングした表面に敷き詰め、その上にサファイア基板を載せ、５５０°で１０分加熱後、急激に１０００℃まで上昇させ、水素含有窒素雰囲気（Ｎ_２／Ｈ_２＝９５／５）で５時間保持する。その後、基板を温純水で洗浄し、余剰の原料を洗い流し、蛍光板（板状の発光体２）を得た。

実施例２に係る蛍光板は、ガラスマトリックス相の内部にφ３〜８ｎｍのＣｄＳｅ量子ドットが分散した発光体であった。図６は、実施例２に係る蛍光板の発光スペクトルを示す図である。実施例２に係る蛍光板は、ピーク波長が４００ｎｍ以下の近紫外線により励起され、図６に示す発光スペクトルＳ３からわかるように、ピーク波長が５２０ｎｍ前後の橙色光を発する。

（実施例３）
実施例３に係る発光体３は、石英ファイバーに蛍光成分としてＣａＣｌ_２：Ｅｕ^２＋を含有したものである。発光体３の製造方法は、はじめに、φ２００μｍ、長さが２０ｍｍのファイバー状の石英ガラスを、２ＮのＮａＯＨ水溶液に浸漬し、１分間超音波処理をする。その後、ろ過／純水洗浄を行い、乾燥させ、ファイバー状のマトリックス相を作製した。

次に、蛍光成分を準備する。蛍光成分の製造方法は、原料であるＣａＣｌ_２、ＥｕＣｌ_３、ＮＨ_４ＣｌをＮ_２雰囲気のグローブボックス中で混合（モル比１：０．１０：０．４）して混合原料を作製する。そして、この混合原料粉末１．０ｇと上述の石英ファイバー１ｇとをポリプロピレンポットに入れ、回転式ブレンダーで１０分間混合する。その後、アルミナ製の焼成容器に入れ、水素含有窒素雰囲気（Ｎ_２／Ｈ_２＝９５／５）で１０００℃、５時間加熱する。焼成後、ファイバーを温純水で洗浄し、余剰の原料を洗い流し、蛍光ファイバー（ファイバー状の発光体３）を得た。

実施例３に係る蛍光ファイバーは、石英ガラスが一部結晶化し、クリストバライトが生じていることがわかった。また、蛍光ファイバー中には、φ６０ｎｍのＣａＣｌ_２：Ｅｕ単結晶の蛍光成分が分散していることもわかった。

図７は、実施例３に係る蛍光ファイバーの発光スペクトルを示す図である。実施例３に係る蛍光ファイバーは、ピーク波長が３８０ｎｍ以下の近紫外線により励起され、図７に示す発光スペクトルＳ４からわかるように、ピーク波長が４２５ｎｍ前後の青色光を発する。

（実施例４）
実施例４に係る発光体４は、フッ化ガラスに蛍光成分としてＹＦ_３：Ｅｕ^３＋を含有したものである。発光体４の製造方法は、はじめにＳｉＯ_２（５０ｍｏｌ％）−ＰｂＦ_２（４９ｍｏｌ％）−ＹＦ_３（０．５ｍｏｌ％）−ＥｕＦ_３（０．５ｍｏｌ％）の混合粉末を１０００℃で溶融し、スチールプレート上に流し、１０ｍｍ□（ｔ＝１．５ｍｍ）の大きさのガラスプレートとして切り出した。切り出したガラスプレートを４００℃で５時間アニールし、マトリックス相の内部にナノ蛍光体成分を結晶化させた。

実施例４に係る蛍光板は、ガラスマトリックス相の内部にφ２０ｎｍ程度のＹＦ_３：Ｅｕ^３＋単結晶の蛍光成分が分散した発光体である。図８は、実施例４に係る蛍光板の発光スペクトルを示す図である。実施例４に係る蛍光板は、ピーク波長が２５４ｎｍの紫外線により励起され、図８に示す発光スペクトルＳ５からわかるように、ピーク波長が６０９ｎｍ前後の赤色光を発する。

（実施例５）
実施例５に係る発光体５は、リン酸系ガラスに蛍光成分として（Ｙ，Ｃｅ，Ｔｂ）ＰＯ_４を含有したものである。発光体５の製造方法は、はじめにＳｉＯ_２（５０ｍｏｌ％）−Ｐ_２Ｏ_５（１５ｍｏｌ％）−Ｙ_２Ｏ_３（９ｍｏｌ％）−ＣｅＯ_４（０．３ｍｏｌ％）−ＴｂＦ_３（０．７ｍｏｌ％）の混合粉末を９５０℃で溶融し、スチールプレート上に流し、１０ｍｍ□（ｔ＝１．５ｍｍ）の大きさのガラスプレートとして切り出した。切り出したガラスプレートを４００℃で５時間アニールし、マトリックス相の内部にナノ蛍光体成分を結晶化させた。

実施例５に係る蛍光板は、ガラスマトリックス相の内部にφ３０ｎｍ程度の（Ｙ，Ｃｅ，Ｔｂ）ＰＯ_４単結晶の蛍光成分が分散した発光体である。図９は、実施例５に係る蛍光板の発光スペクトルを示す図である。実施例４に係る蛍光板は、ピーク波長が３５０ｎｍ以下の近紫外線により励起され、図９に示す発光スペクトルＳ６からわかるように、ピーク波長が５４３ｎｍ前後の緑色光を発する。

（実施例６）
実施例６に係る発光体６は、シリカガラスに蛍光成分としてＣａＳ：Ｅｕ^２＋を含有したものである。発光体６の製造方法は、はじめにφ３０μｍのアモルファスＳｉＯ_２粉末を５ｇ、φ３ｍｍのＺｒＯ_２ボールを２０ｇ秤量し、ＺｒＯ_２ポットに入れ、自公転式ミルを用い回転速度３００ｒｐｍの条件で、１０分間粉砕した。

次に、蛍光成分を準備する。蛍光成分の製造方法は、原料であるＣａＳ：Ｅｕ（ＮＯ_３）_３：ＮＨ_４ＦをＮ_２雰囲気のグローブボックス中で混合（モル比１０：０．５：０．１）して混合原料を作製する。そして、この混合原料粉末０．５ｇを上述処理のシリカガラス４．５ｇと窒素雰囲気のグローブボックスの中で混合する。その後、混合粉末をアルミナるつぼに入れ、１４００℃まで上昇させ、水素含有窒素雰囲気（Ｎ_２／Ｈ_２＝９５／５）で５時間保持する。その後、得られた粉末を希塩酸で洗浄し、余剰の原料を洗い流し、蛍光板（板状の発光体６）を得た。

実施例６に係る蛍光板は、シリカマトリックス相の内部にφ５０ｎｍのＣａＳ：Ｅｕ^２＋が分散した発光体であった。図１０は、実施例６に係る蛍光板の発光スペクトルを示す図である。実施例６に係る蛍光板は、ピーク波長が４５０ｎｍの青色光により励起され、図１０に示す発光スペクトルＳ７からわかるように、ピーク波長が６２５ｎｍ前後の赤色光を発する。

（実施例７）
実施例７に係る発光体７は、シリカ粒子に蛍光成分としてＣａＩ_２：Ｅｕ^２＋を含有したものである。発光体７の製造方法は、はじめに、φ５０μｍのアモルファスシリカ（ＳｉＯ_２）粒子を準備する。

次に、蛍光成分を準備する。蛍光成分の製造方法は、原料であるＣａＩ_２、ＥｕＣｌ_３、ＮＨ_４Ｉ、ＳｉＯ_２をＮ_２雰囲気のグローブボックス中で混合（モル比１：０．０８：０．３：８）して混合原料を作製する。そして、この混合原料粉末をアルミナ製の焼成容器に入れ、水素含有窒素雰囲気（Ｎ_２／Ｈ_２＝９５／５）で１０００℃、１２時間加熱する。その後、粒子を温純水で洗浄し、余剰の原料を洗い流し、蛍光粒子（粒子状の発光体７）を得た。

実施例７に係る蛍光粒子は、シリカが結晶化し、クリストバライトが主成分であった。また、蛍光粒子中には、φ５０ｎｍのＣａＩ_２：Ｅｕ単結晶の蛍光成分が分散していることもわかった。実施例７に係る蛍光粒子は、ピーク波長が４００ｎｍの近紫外線により励起され、ピーク波長が４６５ｎｍ前後の青色光を発する。

上述の実施例１乃至７から明らかなように、微粒子は、平均粒径が１〜１００ｎｍ程度、より好ましくは２〜８０ｎｍ程度、更により好ましくは３〜６０ｎｍ程度であってもよい。これにより、所望の発光特性をより少量の微粒子からなる蛍光体で実現できる。

また、上述のように、本実施の形態に係る製造方法は、マトリックス相となる部材の表面に蛍光体の原料となる一種以上の化合物を載置する工程と、化合物が部材の表面に載置された状態で加熱する工程と、を有する。これにより、簡便な方法でマトリックス相の内部に蛍光体となる化合物を侵入させることができる。

次に、ナノコンポジット化による効果について説明する。

（耐湿性の効果）
従来、発光性能が優れた蛍光体は種々あったが、一般に耐湿性が乏しい（潮解性がある）ため実用にならず、蛍光体開発の大きな課題であった。しかしながら、本願発明によるナノコンポジット化により、これらの課題が払拭され、特に蛍光特性に優れているが、耐湿性に乏しい蛍光成分（実施例１、２、３、６、７）に効果がある。表１に８５℃８５％の環境で２４ｈ後の放置試験の結果を示す。表１に示す維持率は、各蛍光体を励起波長３６５ｎｍで発光させたときの初期蛍光強度を１００％としたとき、放置試験後同波長で励起させたときの蛍光強度の割合である。実施例１、２、３、６、７に係る蛍光体（発光体）は、いずれも維持率が９８％以上であり、劣化が殆ど見られなかった。

このように、本実施の形態に係る発光体は、蛍光体として初期性能を満たせるものであれば、従来用いることができなかった耐湿性の低い様々な化合物を利用することが可能となる。なお、本実施の形態に係る蛍光体となり得る化合部として以下の（１）〜（５）の例が挙げられる。

（１）一般式が、Ｍ^ＩＩＸ_２：Ｒｅ（Ｍ^ＩＩは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｃｄ，Ｚｎ、Ｍｎからなる群より選ばれる一種以上の元素、Ｘは、Ｆ，Ｃｌ，Ｉからなる群より選ばれる一種以上の元素、Ｒｅは、希土類元素からなる群より選ばれる一種以上の元素）で表される化合物。

（２）一般式が、Ｍ’^ＩＩＥ（Ｍ’^ＩＩは、Ｚｎ，Ｃｄからなる群より選ばれる一種以上の元素、Ｅは、Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅからなる群より選ばれる一種以上の元素）で表される化合物。

（３）一般式が、Ｍ^ＩＩＳ：Ｒｅ（Ｍ^ＩＩは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｃｄ，Ｚｎ、Ｍｎからなる群より選ばれる一種以上の元素、Ｒｅは、希土類元素からなる群より選ばれる一種以上の元素）で表される化合物。

（４）一般式が、Ｍ^ＩＩＩＸ_３：Ｒｅ（Ｍ^ＩＩＩは、Ｓｃ，Ｙ，Ｐｂ，Ｃｒ，Ｌａ，Ｇｄからなる群より選ばれる一種以上の元素、Ｒｅは、希土類元素からなる群より選ばれる一種以上の元素）で表される化合物。

（５）一般式が、Ｒｅ’ＰＯ_３（Ｒｅ’は、Ｙを必須とする２種以上の希土類元素）で表される化合物。

（形状の自由度）
ナノコンポジット化により、マトリックス相の基材を所望のサイズ、形状に加工した後に、蛍光成分を分散させることができ、従来粉末の蛍光体より形状の自由度が格段に向上した。

（希土類元素の低減）
ナノコンポジット化により、所望の蛍光強度を得るために必要な発光中心となる希土類元素の含有量を大幅に減らすことができる。表２は、実施例４、５の蛍光成分４％の場合に発光体に含まれる希土類元素含有量と、同成分の粉末蛍光体中の希土類元素含有量とを比較したものである。表２に示すように、本実施の形態に係る発光体のように、蛍光領域に単結晶の微粒子からなる蛍光体を含有させた場合、使用する希土類元素を大幅に低減できる。

（ナノコンポジット）
本発明者らは、上述のナノコンポジット型の発光体に限らず、様々な機能を有するナノコンポジットの実現可能性について鋭意検討した。

通常、ハロゲン化物（ハロゲン元素（フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）等）とそれより電気陰性度の低い元素との化合物）、カルコゲン化物（第１６族元素（酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、ポロニウム（Ｐｏ）等）とそれより電気陰性度の低い元素との化合物）等は、カチオンとの結合力が弱く、熱緩和速度が小さいため、フォノン振動の影響を受けにくい。

また、遷移元素（第３族元素〜第１２族元素）と希土類元素との化合物、または、遷移元素に希土類をドープした化合物は、希土類とアニオンのインターラクションが小さい。そのため、これらの化合物は、室温でも発光材料、磁性材料、熱電材料、電磁気材料、超伝導材料等の所望の機能を有する機能材料となり得る。このような機能材料は、使用条件や耐久性を考慮しなければ、ある程度の種類存在する。一方で、温度や湿度、光等の外部要因に対する耐性を考慮すると、現実的に使用できる材料の種類はかなり限られる。そのため、選択できる材料で実現できる機能や性能にはいまだ改善の余地が大きい。

そこで、本発明者らは、（ｉ）ハロゲン元素やカルコゲン元素と、遷移元素や希土類元素との化合物、または（ｉｉ）ハロゲン元素やカルコゲン元素と、典型元素との化合物（希土類元素をドープ）、を耐湿性の良好なシリカで包み込むことで、遷移元素や希土類元素に起因する様々な機能を発揮しつつ、耐久性を両立し得るナノコンポジットの実現可能性に想到した。

つまり、本発明者らは、所望の機能を発揮する機能領域が必ずしも外部環境に耐性を有する材料でなくても、機能領域が外界と直接触れないようにすることで、従来は耐性の観点で採用し得ない多くの化合物を機能領域として利用できる点に想到した。

次に、蛍光体として機能する新規なナノコンポジットについて説明する。ハロゲン化物やカルコゲン化物の蛍光体は、多くの場合に高い発光効率を示すが、化学的な耐性の欠如のため、実用には適さなかった。そこで、本発明者らは、高い発光効率と実用レベルの耐性を併せ持つ、ハロゲン化物ベースのナノコンポジット蛍光体を作製した。具体的には、本実施例に係るナノコンポジットは、半透明のシリカ（ＳｉＯ_２）マトリックス中に、発光性シングルナノクリスタルであるＣａＩ_２：Ｅｕ^２＋を分散させたものである。

本実施の形態のある態様のナノコンポジットの製造方法は、簡易な固相反応法による自己組織プロセスによって、結晶性シリカマトリックス中に、シングルナノクリスタルを形成したものである。本実施の形態のある態様のナノコンポジット蛍光体は、強い青色冷光をシングルナノクリスタルのみから発し、その発光強度は、Ｅｕ含有量が少ないにも関わらず、従来の蛍光体より高い内部量子効率（ＩＱＥ）９８％を達成している。なお、吸収率は８５％程度である。また、本実施の形態のある態様のナノコンポジット蛍光体は、結晶性シリカの中にＣａＩ_２：Ｅｕの発光サイトが埋め込まれており、結晶性シリカによって発光サイトが外部の湿度から保護されているため、十分実用的な耐久性を有している。

本発明者らは、カソードルミネッセンス（ＣＬ）と走査型透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）を用いて、青色光はＣａＩ_２：Ｅｕ^２＋シングルナノクリスタルから生じていることを確認した。そして、本発明者らは、結晶性シリカの中に自己組織化によってシングルナノクリスタルが形成されていると推定している。

図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、ナノコンポジット蛍光体の形成メカニズムの一例を説明するための模式図である。図１１（ａ）に示すように、原料として、アモルファスのＳｉＯ_２粒子３０、ＣａＩ_２粒子３２、Ｅｕ_２Ｏ_３粒子３４、ＮＨ_４Ｉ粒子３６とを混合する。次に、混合原料を１０００℃（１２７３Ｋ）まで加熱するが、この間に混合原料は以下の２つの変化が生じる。

はじめに、温度が７７９℃（１０５２Ｋ）を越えると、ＣａＩ_２粒子３２が融解し、Ｅｕイオンを溶かしながらＳｉＯ_２粒子３０の周りに液相３８を形成する（図１１（ｂ）参照）。次に、温度が１０００℃に達すると、ＳｉＯ_２粒子３０は表面のＯＨ基の消失によって活性化する。図１２は、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）を用いて計測した、焼結前後のシリカの吸収スペクトルを示す図である。図１２に示すように、Ｓｉ−ＯＨ結合を示唆するものとして焼結前（ラインＬ１）には存在していた３７５０ｃｍ^−１前後のピーク（矢印）が、焼結後（ラインＬ２［８００℃］、ラインＬ３［１０００℃］）には消失しており、ＳｉＯ_２粒子３０表面のＯＨ基が消失していることがわかる。

その後、融解したＣａＩ_２は、活性化したＳｉＯ_２粒子３０の表面上で流動し始める（図１１（ｃ））。ＳｉＯ_２粒子３０は、フラックス効果によって粒子表面から結晶化し、その結晶化の際に幾つかのＳｉＯ_２粒子３０が結合し一つのＳｉＯ_２粒塊４０になる（図１１（ｄ）。その結果、（ＣａＩ_２／ＳｉＯ_２)：Ｅｕ^２＋粒子の粒径は、出発原料の際のＳｉＯ_２粒子３０の粒径より大きくなっている。図１３は、混合前（ラインＬ４）、混合後（ラインＬ５）、焼結後（ラインＬ６）の各時点でのＳｉＯ_２粒子の粒径分布を示す図である。図１３に示すように、各原料を粉砕混合した段階で混合前よりも平均粒径が小さくなったＳｉＯ_２粒子は、焼結後に平均粒径が増大していることがわかる。

図１４（ａ）は、焼結後のＳｉＯ_２粒塊の内部にＣａＩ_２：Ｅｕ^２＋のシングルナノクリスタルが生成された状態を示す模式図、図１４（ｂ）は、粒塊の外側の結晶領域の電子線回折パターンを示す図、図１４（ｃ）は、粒塊の中心側のアモルファス領域の電子線回折パターンを示す図である。

図１４（ａ）に示すように、融解したＣａＩ_２は、結合したＳｉＯ_２粒塊４０内のアモルファス領域４０ａと結晶領域４０ｂの間に局在化する。その後、焼成の降温工程において、ＳｉＯ_２粒子中で融解したＣａＩ_２が固化することによってＣａＩ_２：Ｅｕ^２＋のシングルナノクリスタル４２が生成され、その結果、ナノコンポジット蛍光体５０が形成される。

（ＣａＩ_２／ＳｉＯ_２）：Ｅｕ^２＋からなるナノコンポジット蛍光体は、耐湿性の乏しいＣａＩ_２：Ｅｕ^２＋が結晶性シリカによって外気から保護されることで、実用的な耐久性が確保されている。また、シングルナノクリスタル４２が高密度で生成されたリング状の領域Ｒ１があるが（図１４（ａ）参照）、このリング状の領域Ｒ１の内側と外側のＳｉＯ_２の結晶構造の違いを調べた。

図１４（ｃ）に示す電子線回折パターンより、リング状の領域Ｒ１の内側、つまり同一質の核はアモルファスであることがわかる。また、図１４（ｂ）に示す電子線回折パターンより、リング状の領域Ｒ１の外側、つまり外側部のマトリックス部分はテトラゴナルのＳｉＯ_２結晶層であることがわかる。つまり、ＣａＩ_２：Ｅｕ^２＋からなるシングルナノクリスタル４２の多くは、ＳｉＯ_２粒子のアモルファス領域４０ａと結晶領域４０ｂの境界で形成されている。

出発原料に用いたアモルファスＳｉＯ_２の結晶化には１３５０℃以上の温度が必要である。つまり、１０００℃の焼成温度ではアモルファスＳｉＯ_２の結晶化は生じないはずである。しかしながら、図１４（ｂ）に示すように、ＳｉＯ_２粒塊４０の外側部はＳｉＯ_２が結晶化している。すなわち、ＣａＩ_２が浸透した領域のみが、１０００℃の焼成温度で結晶化していることがわかる。

シングルナノクリスタルの自己組織化については、別の方法（実施例１）でも確認された。この方法では、原料としてアモルファスＳｉＯ_２粉末の代わりに一方の面を粗面化したアモルファスＳｉＯ_２ガラス板を使い、粗面化した面の上にＣａＩ_２を含む原料を載置し、焼成し、ナノコンポジット蛍光板を試作した。

このように作製されたナノコンポジット蛍光板は、４０５ｎｍの紫光励起で青色発光する。また、粗面化したシリカガラスの中に融解ＣａＩ_２フラックスが浸透することによりシリカガラスの上面側（粗面側）が半透明になり、青色発光することが確認された。一方、下面側は透明性を維持している。以上のように、ＣａＩ_２フラックスの浸透がナノコンポジット蛍光体の形成と連動していることが推察される。

このように、本実施の形態に係る製造方法では、ＳｉＯ_２の結晶化温度よりもかなり低い１０００℃といった焼成温度における固相反応によって、（ＣａＩ_２／ＳｉＯ_２）：Ｅｕ^２＋からなるナノコンポジット蛍光体を合成できる。また、ナノコンポジット蛍光体は、結晶性シリカの中にＣａＩ_２：Ｅｕ^２＋シングルナノクリスタルが埋め込まれた構造をしている。

次に、ナノコンポジット蛍光体の特性について説明する。図１５は、ナノコンポジット蛍光体の励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。図１５に示す励起スペクトルＳ８および発光スペクトルＳ９は、（ＣａＩ_２／ＳｉＯ_２）：Ｅｕ^２＋からなるナノコンポジット蛍光体のものである。本実施の形態のある態様のナノコンポジット蛍光体の発光スペクトルは、ピーク波長４７１ｎｍ、半値幅３２．４ｎｍである。

一方、図１５に示す励起スペクトルＳ１０および発光スペクトルＳ１１は、青色蛍光体として広く普及しているＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋（ＢＡＭ：Ｅｕ^２＋）蛍光体のものである。ナノコンポジット蛍光体におけるＥｕ含有量は、ＢＡＭ：Ｅｕ^２＋蛍光体の１／６であるにもかかわらず、ナノコンポジット蛍光体の４００ｎｍ励起での発光ピーク強度は、ＢＡＭ：Ｅｕ^２＋蛍光体の約２．７倍と高い値を示す。

図１６は、ナノコンポジット蛍光体の温度特性を示す図である。図１６では、室温（３０℃）のルミネッセンス強度を１００％として規格化されている。図１６に示すように、ナノコンポジット蛍光体は、室温から１５０℃までは少なくとも９０％以上のルミネッセンス強度を実現できている。

図１７は、ナノコンポジット蛍光体の寿命試験の結果を示す図である。寿命試験は、温度８５℃、湿度８５％の環境下で行われ、２０００ｈまで連続発光させた場合の各時間におけるルミネッセンス強度を測定した。その結果、２０００ｈ経過後のルミネッセンス強度の変化は２％以下であり、高温、高湿の環境下においても非常に安定した発光特性を示している。

このように、（ＣａＩ_２／ＳｉＯ_２）：Ｅｕ^２＋の発光サイトは耐湿性に乏しいヨウ化物で形成されているが、発光サイトがＳｉＯ_２半透明マトリックスに埋め込まれることで、発光性能と実用レベルの信頼性（耐久性）を確保することができる。したがって、ナノコンポジットは、蛍光体に限らず、ハロゲン化物やカルコゲン化物のような耐湿性の低い物質の利用を広げることが期待できる。

次に、ナノコンポジットのマトリックス相に機能領域を分散させる製造方法の一例について説明する。この製造方法は、ハロゲン化物やカルコゲン化物の融点がアモルファスシリカの結晶化温度よりも低い点が特徴の一つである。

はじめに製造方法の概略を説明する。機能材料となるハロゲン／カルコゲン化合物が融解し、かつ、マトリックス材のアモルファスシリカが結晶化しない温度で焼成する。その際、ハロゲン／カルコゲン化合物がフラックスとして機能し、アモルファスシリカを結晶化温度以下の低温で結晶化させる。シリカの結晶化の進行に伴い、ハロゲン／カルコゲン化合物が結晶質とアモルファス質の境界領域付近に局在化する。その後、焼成が冷却工程に入ったとき、液相化していたハロゲン／カルコゲン化合物がシリカ結晶内で冷却固化し数十ｎｍ〜数十μｍの結晶として析出することで、ナノコンポジットを形成する。

焼成温度は、アモルファスシリカの結晶化温度である１３００〜１３５０°より低い、１０００〜１２５０℃の範囲が好適である。また、焼成雰囲気、脱酸素雰囲気は、窒素、アルゴン、水素含有窒素といったガスで満たされている。また、ハロゲン／カルコゲン化合物は融点が１２００℃以下のものが好適である。なお、一般的に、ハロゲン／カルコゲン化合物とシリカとの間に反応性はない。以下に各実施例を参照してより具体的に説明する。

（実施例８）
実施例８に係るナノコンポジットは、結晶性シリカマトリックス中に蛍光成分としてＣａＩ_２：Ｅｕ^２＋を含有したものである。この製造方法は、はじめに結晶化温度１３５０°のアモルファスシリカ（平均粒径３０μｍ）と、ＣａＩ_２（融点７７９℃）と、ＥｕＩ_３とを、ｍｏｌ比が６／０．８／０．１となるように精秤し、Ａｒガス雰囲気中でアルミナ乳鉢に入れ、粉砕／混合した。その後、混合粉末をアルミナるつぼに入れ、水素含有窒素雰囲気（体積比Ｎ_２／Ｈ_２＝９５／５）で１０００℃、１０時間焼成した。焼成後、温純水で洗浄し、過剰なヨウ化物を除去し、実施例８に係るナノコンポジットのサンプルを得た。

次に、得られたサンプルに対し粉末Ｘ線回折測定を行った。図１８は、実施例８に係るナノコンポジットのＸ線回折パターンを示す図である。図１８に示すピークを解析したところ、実施例８に係るナノコンポジットは、シリカの高温結晶層であるα−クリストバライトが主相の粉末であった。このナノコンポジットにピーク波長が４００ｎｍの紫光を照射したところ、４６１ｎｍのピーク波長を有する青色発光が観察できた。

更に、得られたサンプルを集束イオンビーム（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）で切断し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で断面観察した。図１９は、実施例８に係るナノコンポジットの断面ＳＥＭ像を示す図である。図１９に示すように、ナノコンポジットは、マトリックス部と白点部の２層からなっていた。また、ＳＥＭに付属するエネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＸ）分析装置による各部の組成分析を行ったところ、マトリックス部はＳｉＯ_２からなり、白点部ではＣａ、Ｉの含有率が増えていることがわかった。

このサンプルをＦＩＢで６０ｎｍの厚さに薄片化し、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で観察、分析を行った。図２０は、実施例８に係るナノコンポジットの断面ＳＴＥＭ像を示す図である。図２１は、図２０のＡ−Ａ線に沿ったＳＴＥＭ−ＥＤＸによる組成分析の結果を示す図である。図２０に示すように、白点部の直径は約５０ｎｍである。また、ＳＴＥＭ−ＥＤＸの線分析では、図２１に示すように、白点部はその周囲と比較して、Ｃａ、Ｉ、Ｅｕの含有量が多いことがわかった。

図２２は、図２０に示す白点部の電子線回折パターンを示す図である。図２２に示す指数付けは、白点部がＣａＩ_２の単結晶の場合に整合がとれるものであり、白点部がＣａＩ_２のシングルナノクリスタルであると推定できる。このように、図１９に示す粒子は、異なる結晶が海島構造を構成するナノコンポジット材であることがわかった。

（実施例９）
実施例９に係るナノコンポジットは、結晶性シリカマトリックス中に蛍光成分としてＳｒＣｌ_２：Ｅｕ^２＋を含有したものである。この製造方法は、はじめに結晶化温度１３５０°のアモルファスシリカ（平均粒径３０μｍ）と、ＳｒＣｌ_２（融点８７４℃）と、ＥｕＣｌ_３とを、ｍｏｌ比が６／０．８／０．１となるように精秤し、Ａｒガス雰囲気中でアルミナ乳鉢に入れ、粉砕／混合した。その後、混合粉末をアルミナるつぼに入れ、窒素雰囲気（Ｎ_２＝１００ｖｏｌ％）で１０００℃、１０時間焼成した。焼成後、温純水で洗浄し、過剰な塩化物を除去し、実施例９に係るナノコンポジットのサンプルを得た。

次に、得られたサンプルに対し粉末Ｘ線回折測定を行った。図２３は、実施例９に係るナノコンポジットのＸ線回折パターンを示す図である。図２３に示すピークを解析したところ、実施例９に係るナノコンポジットは、シリカの高温結晶層であるα−クリストバライトとトリジマイトが主相の粉末であった。このナノコンポジットにピーク波長が３６５ｎｍの紫外光を照射したところ、４０５ｎｍのピーク波長を有する紫色発光が観察できた。図２４は、実施例９に係るナノコンポジットの励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。

（実施例１０）
実施例１０に係るナノコンポジットは、結晶性シリカマトリックス中に蛍光成分としてＳｒＩ_２：Ｅｕ^２＋を含有したものである。この製造方法は、はじめに結晶化温度１３５０°のアモルファスシリカ（平均粒径３０μｍ）と、ＳｒＩ_２（融点４０２℃）と、ＥｕＩ_３とを、ｍｏｌ比が６／０．８／０．１となるように精秤し、Ａｒガス雰囲気中でアルミナ乳鉢に入れ、粉砕／混合した。その後、混合粉末をアルミナるつぼに入れ、水素含有窒素雰囲気（体積比Ｎ_２／Ｈ_２＝９５／５）で１０００℃、１０時間焼成した。焼成後、温純水で洗浄し、過剰なヨウ化物を除去し、実施例１０に係るナノコンポジットのサンプルを得た。

次に、得られたサンプルに対し粉末Ｘ線回折測定を行った。図２５は、実施例１０に係るナノコンポジットのＸ線回折パターンを示す図である。図２５に示すピークを解析したところ、実施例１０に係るナノコンポジットは、シリカの高温結晶層であるα−クリストバライトが主相の粉末であった。このナノコンポジットにピーク波長が３６５ｎｍの紫外光を照射したところ、４３０ｎｍのピーク波長を有する青色発光が観察できた。図２６は、実施例１０に係るナノコンポジットの励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。

（実施例１１）
実施例１１に係るナノコンポジットは、結晶性シリカマトリックス中に蛍光成分としてＳｒＢｒ_２：Ｅｕ^２＋を含有したものである。この製造方法は、はじめに結晶化温度１３５０°のアモルファスシリカ（平均粒径３０μｍ）と、ＳｒＢｒ_２（融点６４３℃）と、ＥｕＢｒ_３とを、ｍｏｌ比が６／０．８／０．１となるように精秤し、Ａｒガス雰囲気中でアルミナ乳鉢に入れ、粉砕／混合した。その後、混合粉末をアルミナるつぼに入れ、水素含有窒素雰囲気（体積比Ｎ_２／Ｈ_２＝９５／５）で１０００℃、１０時間焼成した。焼成後、温純水で洗浄し、過剰な臭化物を除去し、実施例１１に係るナノコンポジットのサンプルを得た。

次に、得られたサンプルに対し粉末Ｘ線回折測定を行った。図２７は、実施例１１に係るナノコンポジットのＸ線回折パターンを示す図である。図２７に示すピークを解析したところ、実施例１１に係るナノコンポジットは、シリカの高温結晶層であるα−クリストバライトとトリジマイトが主相の粉末であった。このナノコンポジットにピーク波長が３３５ｎｍの紫外光を照射したところ、４１０ｎｍのピーク波長を有する青紫色発光が観察できた。図２８は、実施例１１に係るナノコンポジットの励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。

（実施例１２）
実施例１２に係るナノコンポジットは、結晶性シリカマトリックス中に蛍光成分としてＭｇＣｌ_２：Ｅｕ^２＋を含有したものである。この製造方法は、はじめに結晶化温度１３５０°のアモルファスシリカ（平均粒径３０μｍ）と、ＭｇＣｌ_２（融点７１４℃）と、ＥｕＣｌ_３とを、ｍｏｌ比が６／０．８／０．１となるように精秤し、Ａｒガス雰囲気中でアルミナ乳鉢に入れ、粉砕／混合した。その後、混合粉末をアルミナるつぼに入れ、水素含有窒素雰囲気（体積比Ｎ_２／Ｈ_２＝９５／５）で１０００℃、１０時間焼成した。焼成後、温純水で洗浄し、過剰な塩化物を除去し、実施例１２に係るナノコンポジットのサンプルを得た。

次に、得られたサンプルに対し粉末Ｘ線回折測定を行った。図２９は、実施例１２に係るナノコンポジットのＸ線回折パターンを示す図である。図２９に示すピークを解析したところ、実施例１２に係るナノコンポジットは、シリカの高温結晶層であるα−クリストバライトが主相の粉末であった。このナノコンポジットにピーク波長が３４０ｎｍの紫外光を照射したところ、４１０ｎｍと４４０ｎｍのピーク波長を有する青色発光が観察できた。図３０は、実施例１２に係るナノコンポジットの励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。

（実施例１３）
実施例１３に係るナノコンポジットは、結晶性シリカマトリックス中に磁性成分として単結晶の微粒子を含有したものである。この製造方法は、はじめに結晶化温度１３５０°のアモルファスシリカ（平均粒径３０μｍ）と、ＳｎＳ（融点８８０℃）と、ＣｏＳ（融点１１００℃）とを、ｍｏｌ比が６／０．８／０．２となるように精秤し、Ａｒガス雰囲気中でアルミナ乳鉢に入れ、粉砕／混合した。その後、混合粉末をアルミナるつぼに入れ、アルゴンガス雰囲気（Ａｒ＝１００ｖｏｌ％）で１２００℃、１０時間焼成した。焼成後、希塩酸で洗浄し、過剰な硫化物を除去し、実施例１２に係るナノコンポジットのサンプルを得た。

次に、得られたサンプルに対し粉末Ｘ線回折測定を行った。図３１は、実施例１３に係るナノコンポジットのＸ線回折パターンを示す図である。図３１に示すピークを解析したところ、実施例１３に係るナノコンポジットは、シリカの高温結晶層であるα−クリストバライトが主相の粉末であった。また、得られたナノコンポジットの粒子は、磁性を帯びており、磁石に引き寄せられた。つまり、本実施の形態に係るナノコンポジットは、分散されているシングルナノクリスタルが、蛍光体だけでなく磁性体や他の機能領域として働くことが明らかとなった。

なお、機能を発揮できる化合物であれば、シングルナノクリスタルの代わりにナノ多結晶としてマトリックス相に分散してもよい。

以上、本発明を実施の形態や各実施例をもとに説明した。この実施の形態や各実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１０ 発光体、 １２ マトリックス相、 １４ 蛍光領域、 １６ 発光体、 １８ マトリックス相、 ２０ 発光体、 ２２ マトリックス相、 ２４ 陽イオン、 ２６ 陰イオン、 ２８ イオン結晶核。

本発明は、ナノコンポジットに関し、例えば、発光体や磁性体等の機能部材に利用できる。

Claims (11)

1. マトリックス相と、
   前記マトリックス相に分散している機能領域と、を備え、
   前記機能領域は、単結晶の微粒子を含有することを特徴とするナノコンポジット。
2. 前記機能領域は、前記マトリックス相の一部が結晶化されている結晶領域に偏在していることを特徴とする請求項１に記載のナノコンポジット。
3. 前記マトリックス相は、シリカであり、
   前記結晶領域は、前記シリカの一部が結晶化されたクリストバライト構造を有することを特徴とする請求項２に記載のナノコンポジット。
4. 前記単結晶の微粒子は、潮解性のある化合物であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のナノコンポジット。
5. 前記化合物は、Ｍ^ＩＩＸ_２：Ｒｅ（Ｍ^ＩＩは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｃｄ，Ｚｎ、Ｍｎからなる群より選ばれる一種以上の元素、Ｘは、Ｆ，Ｃｌ，Ｉからなる群より選ばれる一種以上の元素、Ｒｅは、希土類元素からなる群より選ばれる一種以上の元素）で表されている蛍光体であることを特徴とする請求項４に記載のナノコンポジット。
6. 前記化合物は、Ｍ’^ＩＩＥ（Ｍ’^ＩＩは、Ｚｎ，Ｃｄからなる群より選ばれる一種以上の元素、Ｅは、Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅからなる群より選ばれる一種以上の元素）で表されている蛍光体であることを特徴とする請求項４に記載のナノコンポジット。
7. 前記化合物は、Ｍ^ＩＩＳ：Ｒｅ（Ｍ^ＩＩは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｃｄ，Ｚｎ、Ｍｎからなる群より選ばれる一種以上の元素、Ｒｅは、希土類元素からなる群より選ばれる一種以上の元素）で表されている蛍光体であることを特徴とする請求項４に記載のナノコンポジット。
8. 前記微粒子は、平均粒径が１〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のナノコンポジット。
9. 前記マトリックス相は、中心側のアモルファス領域と、外側の結晶領域とを有し、前記機能領域は、前記アモルファス領域と前記結晶領域との間に形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のナノコンポジット。
10. マトリックス相となる部材の表面に蛍光体の原料となる一種以上の化合物を載置する工程と、
    前記化合物が前記部材の表面に載置された状態で加熱する工程と、
    を有するナノコンポジットの製造方法。
11. 前記部材の表面は、算術平均粗さＲａが５〜２０μｍであることを特徴とする請求項１０に記載のナノコンポジットの製造方法。