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产综研等利用溶液涂布法实现将近红外光转换为可见光的固体材料

2019年06月06日 化学材料
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日本国立研究开发法人产业技术综合研究所(简称“产综研”)与岩手大学和奈良先端科学技术大学院大学合作,利用溶液涂布法(速干流延法)制作了由两种成分的分子构成、可以将近红外光转换为可见光的固体材料。

此次,通过将新合成的吸收近红外光的金属络合物分子均匀地分散到发光材料中,然后直接涂覆到玻璃上进行固化,实现了照射近红外光可以发黄色可见光的固体材料。另外,通过利用时间分辨光谱测量法等多种方法进行解析,明确了该材料的光上转换过程的机制,确定了各个中间过程的效率,由此获得了提高效率的指南。

技术详情已于2019年5月30日发布在美国化学学会的学术杂志《美国化学学会应用材料与界面》上。

产综研等利用溶液涂布法实现将近红外光转换为可见光的固体材料

溶液涂布法的概要图,向利用防止组分分离的速干流延法(左)制作的固体材料照射近红外光,可以转换为可见光(上转换,中间照片的圆圈内),右图是照射的近红外光和发出的可见光的光谱(光谱通过峰值的最大值实现标准化)

以前有采用相同组分的固体TTA-UC材料,不过是在高分子中分散敏化剂和发光体的三组分材料,因此从吸收光的敏化剂到发光体的三重态-三重态能量传递的效率比较低。因此,为提高能量传递效率,研究小组此次决定制作在由发光体构成的固体中均匀分散少量敏化剂的固体TTA-UC材料。要想制作这样的结构,在使含两种组分的混合溶液干燥固化时,需要避免这两种组分分离,所以采用了速干流延法。

研究小组对含敏化剂和发光体的混合溶液进行条件优化并浇到玻璃基板上,干燥后制作了敏化剂与发光体的混合固体膜,直径约为1cm。该固体膜由大量数十μm左右的圆形固体微颗粒构成,向其照射790nm的近红外光后,显示出了峰值为570nm的可见光(黄色)上转换发光(图1)。此次是首次利用溶液流延法获得通过近红外光进行上转换发光的固体材料,还有望通过均匀涂布和喷涂等简单的成膜法制作。

产综研等利用溶液涂布法实现将近红外光转换为可见光的固体材料

图1:此次采用的分子材料和利用速干流延法制作固体膜的模式图,以及显示固体膜中的微颗粒进行上转换发光(通过照射近红外光发黄色光)的显微镜照片。

研究小组利用产综研开发的显微光谱法,评测了获得的每粒微颗粒的上转换量子产率,量子产率约为0.5%。虽然比相同波长范围的溶液材料的效率,以及之前报告的可转换近红外光的固体材料的效率(2~7%)低,但阈值光强度为0.1W/cm2,低于之前报告(1~10W/cm2)的光强度。另外,在脱氧状态下保存此次开发的固体TTA-UC材料发现,上转换量子产率经过140多天依然没有变化。

此次开发的向可见光进行光上转换的固体材料有望用于安全油墨及显示器等显示用途,此外,随着该技术的进一步发展,效率提高后,还有望用来提高钙钛矿光伏电池和人工光合作用等使用的太阳能转换器件的效率。

日文全文

文:JST客观日本编辑部

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