日本國立研究開發法人產業技術綜合研究所（簡稱「產綜研」）與岩手大學和奈良先端科學技術大學院大學合作，利用溶液塗布法（速幹流延法）製作了由兩種成分的分子構成、可以將近紅外光光轉換爲可見光的固體材料。
此次，透過將新合成的吸收近紅外光光的金屬錯合物分子均勻地分散到發光材料中，然後直接塗覆到玻璃上進行固化，實施了照射近紅外光光可以發黃色可見光的固體材料。另外，透過利用時間解析光圖譜測量法等多種方法進行解析，明確了該材料的光上轉換程序的機制，確定了各個中間程序的效率，由此獲得了提高效率的指南。
技術詳情已於2019年5月30日發佈在美國化學學會的學術雜誌《美國化學學會應用材料與界面》上。
溶液塗布法的概要圖，向利用防止成分分離的速幹流延法（左）製作的固體材料照射近紅外光光，可以轉換爲可見光（上轉換，中間照片的圓圈内），右圖是照射的近紅外光光和發出的可見光的光譜（光譜透過峰值的最大值實施標準化）
以前有采用相同成分的固體TTA-UC材料，不過是在聚合物中分散敏化劑和發光體的三成分材料，因此從吸收光的敏化劑到發光體的三重態-三重態能量傳遞的效率比較低。因此，爲提高能量傳遞效率，研究小組此次決定製作在由發光體構成的固體中均勻分散少量敏化劑的固體TTA-UC材料。要想製作這樣的結構，在使含兩種成分的混合溶液乾燥固化時，需要避免這兩種成分分離，所以採用了速幹流延法。
研究小組對含敏化劑和發光體的混合溶液進行條件最適化並澆到玻璃基底層上，乾燥後製作了敏化劑與發光體的混合固體膜，直徑約爲1cm。該固體膜由大量數十μm左右的圓形固體微顆粒構成，向其照射790nm的近紅外光光後，顯示出了峰值爲570nm的可見光（黃色）上轉換發光（圖1）。此次是首次利用溶液流延法獲得透過近紅外光光進行上轉換發光的固體材料，還有望透過均勻塗布和噴塗等簡單的成膜法制作。
圖1：此次採用的分子材料和利用速幹流延法制作固體膜的模式圖，以及顯示固體膜中的微顆粒進行上轉換發光（透過照射近紅外光光發黃色光）的顯微鏡照片。
研究小組利用產綜研開發的顯微光譜法，評測了獲得的每粒微顆粒的上轉換量子產率，量子產率約爲0.5％。雖然比相同波長範圍的溶液材料的效率，以及之前報告的可轉換近紅外光光的固體材料的效率（2~7％）低，但閾值光強度爲0.1W/cm2，低於之前報告（1~10W/cm2）的光強度。另外，在脫氧狀態下保存此次開發的固體TTA-UC材料發現，上轉換量子產率經過140多天依然沒有變化。
此次開發的向可見光進行光上轉換的固體材料有望用於安全油墨及顯示裝置等顯示用途，此外，隨着該技術的進一步隊形變換，效率提高後，還有望用來提高鈣鈦礦光伏電池和人工光合作用等使用的太陽能轉換器件的效率。
（日文全文）
文：JST客觀日本編輯部
