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有機材料を用いた蓄光デバイスの高性能化に成功

 
~レアメタルを必要としない持続可能な産業の拡大と多様化に期待~

公開日:2021.11.30

 

研究成果 Physics & Chemistry Technology

有機蓄光材料の発光の様子

 蓄光材料は非常誘導灯や時計、夜光塗料等に幅広く利用されていますが(図1)、現状の蓄光材料は結晶性無機材料で構成されており、高性能な蓄光材料はレアメタルや1000℃以上の高温処理を必要とします。
 九州大学大学院工学府博士課程の陣内和哉大学院生(研究当時)、最先端有機光エレクトロニクス研究センター(OPERA)の安達千波矢センター長と沖縄科学技術大学院大学(OIST)の嘉部量太准教授、Zesen Lin研究員らの研究グループは、レアメタルを必要としない有機材料を利用した蓄光発光 (Long Persistent Luminescence) 材料の高性能化に成功しました。
 2017年に本研究グループは、世界で初めて、電子ドナー性(電子供与性)と電子アクセプター性(電子受容性)を有する二つの有機材料を混合し、加熱融解したフィルムにおいて蓄光発光が得られることを「Nature」誌に報告しました。しかし、蓄光発光の発光持続性能は市販される無機蓄光材料の100分の1程度に留まり、光を吸収できる波長も紫外光付近に限定されていました。また、酸素によって強い消光を生じるため、大気下での利用が困難でした。
 今回、本研究グループは、吸収波長の広い材料の選択、酸素との反応を低減するホール(正孔)拡散機構の利用、電荷蓄積材料添加によるエネルギー蓄積状態の安定化によってこれらの課題を大幅に解決し、窒素下では従来に比べ約10倍の性能を示し、大気下でも機能する有機蓄光材料を実現しました(図2)。本研究の有機蓄光材料を活用すればレアメタルを必要としない持続可能な産業の拡大と多様化が期待されます。
 本研究成果は、2021年11月29日(月)午後4時(ロンドン時間)に科学雑誌「Nature Materials」にて公開される予定です。

一般的な蓄光材料

研究者からひとこと
安達千波矢センター長「レアメタルを含まない有機材料は無機材料に比べて手に入りやすく、また、可溶性があるためプロセスが容易です。有機電荷移動系材料の精密制御によって多彩な励起子特性の発現と発光特性の向上が可能であることが本研究で示されました。今後、更なる学理の深化を期待しています。」
嘉部准教授「イオン性分子の利用や、ホールトラップ材料の添加など新しいコンセプトによって非常に安定な電荷分離状態が実現しました。電荷分離状態は蓄光として利用できるだけなく、光や熱などの刺激に応答するため、様々な光機能材料への応用が期待されます。」

論文情報

タイトル:
著者名:
Kazuya Jinnai, Ryota Kabe, Zesen Lin and Chihaya Adachi
掲載誌:
Nature Materials
DOI:
10.1038/s41563-021-01150-9