【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.18】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24NU0029

利用課題名 / Title

金属・半導体ナノ粒子の液相合成と新規光機能材料の創成

利用した実施機関 / Support Institute

名古屋大学 / Nagoya Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

Nanoparticles, Quantum dots, Metal, Semicounductor, Photofunction,電極材料/ Electrode material,電子顕微鏡/ Electronic microscope,電子回折/ Electron diffraction,太陽電池/ Solar cell,電子分光/ Electron spectroscopy

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

亀山 達矢

所属名 / Affiliation

名古屋大学　大学院工学研究科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators Excluding Supporters in the Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Supporters in the Hub and Spoke Institutes

山本剛久

利用形態 / Support Type

（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

NU-102：高分解能電子状態計測走査透過型電子顕微鏡システム

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

サイズがおよそ10 nm以下の半導体ナノ粒子（量子ドット）は、量子効果に起因する特異な物性を利用することで、高効率な光エネルギー変換材料となることが期待されている。従来の量子ドット研究においては、CdSeやPbSに代表される二元系化合物ナノ粒子が研究対象とされてきた。しかし、これらの量子ドットは高毒性重金属を含むため実用化を見据えると現実的ではない。そこで、本研究では、高毒性元素を含まず、高い発光・光吸収特性を示す多元系化合物半導体量子ドットを新たに開発することを目的とする。また、光エネルギー利用の助触媒となる金属ナノ粒子についても同時に開発を行う。

実験 / Experimental

量子ドットおよび助触媒となる金属ナノ粒子のサイズや形状、また組成を把握することが、材料開発には必須である。収差補正電子顕微鏡（JEM-ARM 200F Cold）を利用し、これらの情報を得ながら新規材材料開発を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

毒性の低い I–III–VI 系量子ドット（QDs）の発光色制御は、広色域ディスプレイへの応用を目的として盛んに研究されている。しかし、これらの多元系QDsの発光ピークは、緑色や赤色の領域と比較して、青色光領域では相対的に広いという課題がある。本研究では、化学量論比の制御と表面欠陥の工学的改良によって、狭い青色発光ピークを示すAgGaS₂（AGS）量子ドット（QDs）を合成した。合成直後のAGS QDsは角ばった形状を持ち、主に 520 nmに弱い緑色フォトルミネッセンス（PL）ピーク を示したが、これは欠陥部位に由来する発光と考えられる。しかし、塩化物イオンによる処理を行うことで、442 nmに鋭いバンド端PLピーク が現れ、QDsの形状の角が丸くなることで表面欠陥部位の数が減少した。塩化物イオン処理後のQDsのHAADF-STEM像を観察したところ、その表面が滑らかであり、粒子全体に明瞭な格子縞が観測され、粒子が単結晶であることが確認できた。さらに、QDs の表面を硫化ガリウム（GaS_x）シェルで被覆することで、446 nm におけるバンド端PLピークが選択的に増強され、ピークの半値全幅（FWHM）が 22 nm と非常に狭いものとなった。このことは、HAADF－STEM観察によっても確認され、表面にアモルファスなシェル層が形成されていることを確認した。また、表面欠陥部位が除去されたことで、欠陥部位に由来する発光がほぼ消失した。その結果、PL量子収率は、塩化物処理を施したAGS QDsの5.5%から、AGSコア–GaS_xシェルQDs（AGS@GaS_x）では12%に向上 した。 さらに、AGS@GaS_x QDsを用いて作製したQD発光ダイオードでは、450 nmに鋭い発光ピークが観測された。このピークは、QDs薄膜のPLスペクトルと比較してわずかに赤方偏移しており、同時に560 nm付近に弱く広がった欠陥部位に由来する発光ピークが再び現れる ことが確認された。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

なし。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

1. Makoto Tozawa, Spectrally Narrow Blue-Light Emission from Nonstoichiometric AgGaS₂ Quantum Dots for Application to Light-Emitting Diodes, ACS Applied Materials & Interfaces, 16, 68169-68180(2024).
   DOI: 10.1021/acsami.4c13987
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件