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有機 EL 材料を用いた 新しいシンチレーターの開発

有機 EL 材料を用いた 新しいシンチレーターの開発. 久野研究室　 2005 年度 室井 章　荒木慎也 宮本紀之 佐藤朗　. 目次. シンチレータについて 開発目標 有機 EL とは 有機 EL 発光材料 研究計画 励起・発光スペクトルの計測 まとめ. シンチレータに要求される性質. 減衰時間が短い 時間応答性 時間分解能. 高発光 エネルギー分解能 時間分解能 薄型検出器. 減衰長が長い 大型検出器の設計が可能. 加工性に優れる 安定性に優れる. シンチレータの特徴　. 有機 EL 発光材料に着目. 新しいシンチレータの開発目標.

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有機 EL 材料を用いた 新しいシンチレーターの開発

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  1. 有機EL材料を用いた新しいシンチレーターの開発有機EL材料を用いた新しいシンチレーターの開発 久野研究室　2005年度 室井 章　荒木慎也 宮本紀之 佐藤朗　

  2. 目次 • シンチレータについて • 開発目標 • 有機ELとは • 有機EL発光材料 • 研究計画 • 励起・発光スペクトルの計測 • まとめ

  3. シンチレータに要求される性質 • 減衰時間が短い • 時間応答性 • 時間分解能 • 高発光 • エネルギー分解能 • 時間分解能 • 薄型検出器 • 減衰長が長い • 大型検出器の設計が可能 • 加工性に優れる • 安定性に優れる

  4. シンチレータの特徴　

  5. 有機EL発光材料に着目 新しいシンチレータの開発目標 • 固体シンチレータ • 高発光 • 時間応答がはやい • 減衰長が長い • 液体シンチレータ • 安全、取り扱いが容易 • 高発光 • 減衰長が長い

  6. 電子 有機EL(エレクトロルミネッセンス)とは • 有機物質材料(高分子化合物)に電圧を印加して発光させる • 少量の電圧で高発光を起こす新しい光源 • 新型ディスプレイの発光材料として実用化 陰極 電子輸送層 発光層（有機物質） 0.2~0.3nm 正孔輸送層 陽極 正孔 有機ELディスプレイ (SONY) 有機EL発光素子

  7. 有機EL発光材料の特徴 • 高発光 • 減衰時間が短い • 高分子化合物 • 水溶性に優れた材料がある • 様々な波長の材料が開発されている

  8. PPV PPV(水溶液) PPV(フィルム) 入手した有機EL発光材料 ADS086BE ADS128GE ADS128GE(ポリマー) ADS086BE(黄色粉末) Coumarin-6 クマリン6(燈色粉末)

  9. 今回の発表 研究計画 • 励起・発光スペクトルの測定 • 自己吸収の有無を調べる • 水（界面活性剤）、有機溶媒に対する溶解度の測定 • 水溶性の検討、既存の蛍光体との溶解量の比較 • 放射線による励起時の発光量（PMTを用いる） • 放射線耐性の測定

  10. 励起・発光スペクトルの計測 • 目的 • 発光した光を自己吸収することのない蛍光体を選ぶ • 方法 • 蛍光分光光度計を用いる • 場所 • 医学研究科共同研究実習センター 光源 励起波長 選択器 発光波長 選択器 光検出器 HITACHI蛍光分光光度計 F-3000 光源：Xeランプ　　　　　　　　　　　 測定波長範囲：220nm~800nm 試料

  11. ADS128GE 505nm 483nm 335nm プソイドクメン 300 400 500 600 700 300 400 500 600 700 励起・発光スペクトルの計測(2) 発光波長[nm] プソイドクメン + ADS128GE 333nmで 励起 4000 3000 2000 1000 [a.u] -1000 -2000 -3000 -4000 505nmの 発光 励起波長[nm]

  12. まとめ • 新しいシンチレータ • 有機EL発光材料 • 励起・発光スペクトル測定 • 有機溶媒ベース、水ベースで測定中 • 今後の予定 • 溶解度の測定 • PPVフィルムで測定 • 発光量 • 放射線耐性

  13. ３６５nm UVで発光！！

  14. 300 300 400 400 500 500 600 600 700 700 励起・発光スペクトルの計測(3) [nm] プソイドクメン + クマリン-6 [nm]

  15. 発光量測定装置 PMT コンプトン端 -予備-　　光量の測定　　 ADC gate 60Co 1.33MeV 1.17MeV discriminator γ線 発光 signal delay 計測する溶液 60Coによるコンプトン散乱を観測し、ピーク の半分の位置をコンプトン端と決定して 比較する。　　　　　　　　　　　　　　　　　　 counts adc channel

  16. -予備- 励起・発光波長の計測-溶液調合- 単位はすべて[ ｇ/ℓ ] 塩化ベンゼトニウムは180 [ ｇ/ℓ ]で溶解 これらの溶液の励起・発光波長を測定する。 　　　　　　　　　 PPV(水溶液、フィルム)については溶かさずにそのまま測定。 [ ｇ/ℓ ]

  17. -予備-励起・発光波長の計測-測定-(2)

  18. ⇒UP! ⇒発光効率アップ -予備- KamLAND実験で用いられている液体シンチレータ • 組成 • プソイドクメン　 20％ • PPO 0.15％ • パラフィンオイル（C12H26） 80％ 　　　　　　　　　　⇒発光効率が低下 • 発光量 • 50％アントラセン 程度 　　安定な溶媒に、純度の高い、波長変換剤を必要としない蛍光体を用いる　 KamLAND 液体シンチレータ

  19. 　　　 主成分 第1蛍光体 第2蛍光体 PPO POPOP ポリスチレン　(個体) トルエン プソイドクメン (液体) 可視光領域 -予備-有機シンチレータの組成と発光機構 発光(364nm) 発光(418nm)⇒検出 波長 200nm 300 400 500 プソイドクメン （有機溶媒）励起 (269nm) 第１蛍光体 （PPO） 励起(303nm) 第2蛍光体 （POPOP） 励起(385nm) 紫外線励起の場合

  20. 蛍光放出の分子数 Φ：蛍光量子収率 (Quantum Yield) ＝ 溶媒分子の励起 励起状態の分子数 振動など 振動など 振動など 第１蛍光体の励起 第2蛍光体の励起 光検出器 -予備-有機シンチレータ[液体・プラスチック]の発光効率について 放射線エネルギー ΔE 非輻射的エネルギー移行 衝突など 輻射的エネルギー移行 発光 輻射的エネルギー移行 発光 放射線のenergy loss ΔE に対して発光する 効率がよくない！

  21. -予備-従来の有機シンチレータの問題点 • 発光効率が悪い • 主成分の蛍光量子収率(Φ)が小さい • 放射線のenergy lossに対して発光に使われる割合が小さい • 主成分はエネルギーの自己吸収を起こす • プソイドクメン：293nm、トルエン:287nm、ポリスチレン : • 波長変換剤が必要(量子収率<1) • 液体シンチレータの主成分が有機溶媒である • プソイドクメン、トルエンなど • 揮発性、可燃性があり取り扱いにくく、安全面も問題がある • 大容量の場合ノルマルパラフィンで希釈して使われる • 発光効率下がる原因

  22. -予備- 研究目標 • 高発光・時間の速い・安定・発光波長に対して透明・加工しやすいなシンチレータを作りたい • 波長変換体を必要としない、発光効率のよい主成分 • ポリマーとして使用できる材質 • より安定で扱い易い溶媒を用いた液体シンチレータを制作する • 水溶性に優れた蛍光体 • 大容量、大面積が可能かつ高発光で純度の高い液体シンチレータが可能 ⇒蛍光体として有機EL発光材料に着目

  23. B P=0.3Bρ ΔE シンチレータ 時間分解能 エネルギー分解能 ΔE大きい 多重散乱 エネルギー・運動量の揺らぎ シンチレータ 薄型・高発光 ΔE小さい ΔE 荷電粒子

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