研究プロジェクト
科研費：基盤研究（C）（2024～2026年度）
「革新的カーボン量子ドット蛍光材料の液相合成法の開拓」
希土類元素Tb3+やEu3+の4f−4f遷移のように蛍光ピーク幅が狭く、Eu2+やCe3+のように周囲環境により蛍光波長が調節可能であり、無機化合物半導体量子ドットのように単一の蛍光ピークである蛍光特性を持ち合わせた、環境負荷の少ない炭素を主成分とするカーボン量子ドット蛍光材料を作製することを追究する。応募者のこれまでの無機化合物QDの液相合成での知見と技術を活かして、高沸点の非水溶媒を使用し、電子供与性官能基をもつ炭素原料分子をビルディングブロックとして組み立てる液相合成法を構築する。sp2ドメインを形成し、HOMO−LUMO間のπ電子遷移により励起・蛍光を起こさせ、周囲環境の極性により励起・蛍光エネルギーを制御できる革新的CQD蛍光材料を開拓する。
池谷科学技術振興財団：単年度研究助成（2024年度）
「量子ドット蛍光体を利用した蛍光型太陽光集光器の分光学的解析」
量子ドット蛍光体ナノコンポジット膜を蛍光型太陽光集光器へ応用するにあたり、蛍光と散乱光の影響について分光学的な評価検討を行うことでLSC用部材としてのQD蛍光膜の性能のより詳細な解析を目指す。
八洲環境技術振興財団：研究助成（2024年度）
「量子ドット蛍光体ナノコンポジット膜の集光型太陽光発電への応用と解析」
量子ドット蛍光体ナノコンポジット膜が蛍光型太陽光集光器の発電性能に与える影響について、実験的評価に加えてシミュレーションを利用した解析を試み、将来的なLSC 開発の指針を立てることを目指す。
マツダ財団：マツダ研究助成（2022～2023年度）
「量子ドット蛍光体を用いたナノコンポジット膜の作製と蛍光型太陽光集光器への応用」
集光型太陽光発電技術のひとつである蛍光型太陽光集光器（LSC）が、近年量子ドット蛍光体の発展に伴い注目されている。本研究ではコア/シェル型量子ドット蛍光体を樹脂に分散させてナノコンポジット膜を作製しLSCに応用する。膜の作製条件を検討しつつ発電能力に与える影響の最適化を目指す。
泉科学技術振興財団：研究助成（2022～2023年度）
「量子ドット分散ナノコンポジット蛍光膜の蛍光型太陽光集光器への応用」
蛍光型太陽集光器(LSC)は、窓材などに利用することで都市部でも太陽光の有効活用が期待できる太陽光発電技術である。本研究ではホットインジェクション法で合成した量子ドット蛍光体を樹脂中に分散させたナノコンポジット膜を作製し、LSCの発電特性に与える影響を評価する。
みずほ学術振興財団：研究助成（2021～2022年度）
「CsPbBr3ペロブスカイトナノ結晶蛍光体の自己回復機能の改善」
光劣化したCsPbB3ペロブスカイトナノ結晶蛍光体の自己回復機能の改善を検討する。
科研費：若手研究（2020～2022年度）
「完全無機ペロブスカイトナノ結晶蛍光体の光劣化と自己回復機能の探究」
これまでの研究では光劣化したCsPbB3ペロブスカイトナノ結晶蛍光体の自己回復現象のメカニズムを探究してきた。本研究ではハロゲン組成の変化や表面エンジニアリングにより、その自己回復機能をより深く調査しつつ改善を検討する。
日本板硝子材料工学助成会：研究助成（2020年度）
「混合組成ハロゲン化物CsPbX3蛍光ナノ結晶の自己回復機能の探究」
当研究室の取り組みにより特定の条件下においてCsPbB3ナノ結晶は光劣化後に自己回復することがわかった。この蛍光体はハロゲン組成を調整することで発光色が変化する特徴があり、それにより応用の幅が大きく広がる。そこで本研究では、CsPbBr3ナノ結晶のBrにClやIを置換固溶させて光劣化および自己回復挙動の変化を調査する。
科研費：挑戦的研究（萌芽）（2019～2021年度）
「カーボンドットの発光特性を制御した先進的な液相合成法の開拓」
従来の無機蛍光体の主流は、希土類元素や遷移金属を結晶にドープし、f軌道やd軌道の準位間での遷移を通じて発光するタイプである。近年、バンドギャップで発光し、量子サイズ効果によって粒子径制御で発光色を調整できる量子ドット（QD）が台頭している。しかし、QD材料として、CdSe、InP、CsPbBr3などが開発されているが、毒性や安定性の面で問題がある。このような背景のもと、本研究では、資源として豊富に存在する炭素材料を用いて、高色純度かつ高効率で発光するカーボンドット（CD）を液相中で合成する指針を構築することを目指す。
科研費：基盤研究（Ｂ）（2018～2020年度）
「近紫外→可視波長変換量子ドットによる太陽電池性能の向上」
太陽電池は部材を紫外光から保護するために、紫外光吸収剤が使用されている。その結果、太陽電池では、波長400 nm以下の分光感度は低下している。紫外光吸収剤の代わりに、紫外光を可視光へ変換できる蛍光体を用いれば、太陽電池の部材を保護するのと同時に、紫外光に対する太陽電池の分光感度を向上することができる。蛍光体粒子の光散乱係数はその大きさの6乗に比例するので、光散乱係数を無視できるほど小さくし、分光感度の高い可視光に対して透明にするためには、蛍光体粒子の大きさを可視光の波長のおよそ1/10以下にすることが必要である。そこで本研究プロジェクトでは、太陽電池の分光感度の高い可視光を阻害せず、劣化の原因となる紫外光を可視光へ変換する量子ドット蛍光体を開発し、この量子ドットの波長変換によって太陽電池の光電変換効率を上昇させることを目的とする。
東京応化工業株式会社との共同研究（2018～2019年度）
「ディスプレイ応用のためのCuInS2/ZnSを用いたパターン形成材料の開発」
現在用いているディスプレイ用途の量子ドット蛍光体含有パターニング材料では、成膜・加熱・露光などのパターン形成のためのプロセス過程において、発光効率が徐々に低下する。想定される要因として、量子ドット表面のリガンドの脱離などがある。そこで本共同研究では、量子ドット蛍光体含有パターニング材料の開発を目指す。
ホソカワ粉体工学振興財団：研究助成（2018年度）
「ペロブスカイト型量子ドットの光劣化・自己回復の研究」
近年、新たにペロブスカイト型CsPbX3 (X=Cl,Br,I) 量子ドット（QD）が注目されている。中でもX=Brでは高効率で高純度な緑色に発光し、さらにIを混ぜて蛍光色を調整すると目標の緑色をほぼ達成できる。しかし、励起光照射下で劣化しやすいため、耐久性の改善に課題があった。この現状において当研究室では、光劣化したQDの蛍光特性がほぼ完全に自己回復する現象を初めて見出した。そこで本研究では、CsPbBr3 QDの光劣化と自己回復のメカニズムの解明を目指す。
松籟科学技術振興財団：研究助成（2017年度）
「広色域ディスプレイへの応用を指向したペロブスカイト型CsPbBr3量子ドット蛍光体包埋透明コンポジットの開発」
優れた蛍光特性を有するペロブスカイト型CsPbBr3量子ドット蛍光体は次世代型広色域ディスプレイへの応用などで注目されるが、耐久性の低さに問題がある。本研究ではシリカや樹脂への包埋による安定性の改善を検討する。
科研費：若手研究（Ｂ）（2017～2018年度）
「太陽電池の効率を改善するAgゼオライト蛍光ナノ粒子を利用した透明波長変換膜の開発」
最も普及している結晶シリコン（c-Si）太陽電池は、太陽光に含まれる可視・近赤外光を光電変換するのに対し、近紫外光は保護材によって吸収されるため、発電に利用されていない。そこで本研究では、近紫外光を可視光に変換する蛍光膜を太陽電池上部に搭載することで、c-Si太陽電池の光電変換効率の向上に取り組む。この波長変換蛍光膜には、広帯域の紫外光を吸収し、c-Siが発電に利用できる可視光を発すること、および光や熱で分解しにくい材料が求められる。研究代表者は、蛍光無機材料のAgゼオライト蛍光体に着目した。この材料を太陽電池上部に搭載する波長変換膜として利用するには、光電変換効率の高い光、つまり、可視・近赤外光を散乱せずに透過する性質が求められる。この要求を実現させるために、ナノサイズの微粒子を利用した透明な波長変換膜の作製を検討する。
服部報公会：工学研究奨励援助金（2017年度）
「量子ドット蛍光体ナノコンポジット膜の集光型太陽光発電への応用と解析」
現在市販されている太陽電池用波長変換膜は有機材料であるが、紫外光により劣化しやすい問題があるため、無機蛍光体への転換が望まれる。本研究では無機蛍光材料のAｇゼオライトナノ粒子に着目し、波長変換膜の作成とその蛍光特性の改善について検討する。
村田学術振興財団：研究助成（2016年度）
「太陽電池の発電効率を改善するAgゼオライト蛍光ナノ粒子の蛍光特性および分散性の改善」
近紫外光を可視光に変換する波長変換膜によって既存の太陽電池の発電効率の改善が検討されている。耐久性などの観点から無機蛍光ナノ材料が望ましいと考え、近紫外光を可視光に変換するFAU型銀ゼオライトナノ粒子を開発する。
池谷科学技術振興財団：単年度研究助成（2016年度）
「近紫外光→近赤外光変換蛍光ナノシートを利用した電気泳動堆積法による透明な波長変換膜の作製と特性評価」
近紫外光を近赤外光に波長変換する透明蛍光膜は、結晶シリコン太陽電池の発電性能を改善できる可能性がある。そこで本研究は、合成した近赤外蛍光を示す無機ナノシートを水中に分散させて電気泳動堆積を行い、得られる膜試料の透光性および蛍光特性を評価する。
双葉電子記念財団：自然科学研究助成（2016年度）
「近紫外光→近赤外光変換蛍光ナノシートを利用した電気泳動堆積法による透明な波長変換膜の作製と特性評価」
結晶シリコン太陽電池の発電性能の向上のために、近紫外光を近赤外光に波長変換する透明蛍光材料が注目される。本研究では、近赤外蛍光を示す希土類ドープ型無機ナノシートを合成して特性評価を行い、さらには透明な蛍光膜の作製を検討する。
昭栄化学工業株式会社との共同研究（2014～2017年度）
「II-VI族、III-V族、I-III-VI族などの化合物半導体蛍光体ナノ粒子の耐久性向上」
II-VI族、III-V族、I-III-VI族などの化合物半導体ナノ粒子（量子ドット）の発光波長は、価電子帯と伝導帯との間のバンドギャップに相当する。バンドギャップは粒子サイズに依存することから、発光波長の制御は粒子サイズの制御によって可能となる。このような魅力的な特性を有する量子ドットを実用化させるためには、長期耐久性が求められる。本研究プロジェクトでは、耐久性（耐光性や耐熱性など）を評価し、量子ドットの劣化の挙動を解析する。さらに、量子ドットの耐久性を向上させるために、量子ドットを適切なマトリクス材料中へ包埋し、マトリクス材料が量子ドット材料の安定性に与える効果を検討する。
研究助成を通じてご支援いただいた団体
日本学術振興会（JSPS）／新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）／科学技術振興機構（JST）／神奈川科学アカデミー／八洲環境技術振興財団／／マツダ財団／泉科学技術振興財団／みずほ学術振興財団／松籟科学技術振興財団／服部報公会／村田学術振興財団／小笠原科学技術振興財団／ホソカワ粉体工学振興財団／双葉電子記念財団／矢崎科学技術振興記念財団／旭硝子財団／徳山科学技術振興財団／日本板硝子材料工学助成会／池谷科学技術振興財団
共同研究を通じてご支援いただいた企業
東京応化工業株式会社／昭栄化学工業株式会社／大日本塗料株式会社／シンロイヒ株式会社／三菱化学株式会社／株式会社三菱化学科学技術研究センター／日亜化学工業株式会社／日揮ユニバーサル株式会社／双葉電子工業株式会社／出光興産株式会社／古河電気工業株式会社／住友大阪セメント株式会社／松下電工株式会社
技術指導でおつきあいした企業
株式会社ブイ・テクノロジー／東京応化工業株式会社／株式会社三菱化学科学技術研究センター
研究資金をご寄付いただいた企業・機関
株式会社日立製作所／株式会社アイバプロダクツ／フェニックス電機株式会社／株式会社日立マクセル／株式会社フジクラ／フロロマテリアル株式会社／JSR株式会社／（公財）微生物化学研究所