「量子ドット (QD) 」の設計、カドミウムフリー化、応用、今後の展望

第1部 量子ドットとは何か 〜構造、作製、発光原理の概要〜

(2024年3月29日 9:50〜10:50)

　2023年のノーベル化学賞の材料であり、電気店の大型TVの宣伝でも目にする量子ドットとはどのようなもので、どんな可能性があるのであろうか。量子ドットの概要と、作製方法、発光原理などわかりやすく解説する。

1. 量子ドットって何?
   1. 概要
   2. ノーベル賞受賞3名の役割
2. 作製方法
   1. 気相成長
   2. コロイド量子ドット
3. 発光原理
   1. 量子サイズ効果
   2. バンドギャップ
   3. 励起方法
4. 問題点
   1. 材料
   2. 分散
   3. 安定性
5. 応用
   1. バイオマーカ
   2. ディスプレイ
   3. その他
• 質疑応答

第2部 量子ドットの光・電子デバイスへの応用の可能性について

(2024年3月29日 11:00〜12:00)

　エピタキシャル成長技術を利用した半導体量子ドットの作製技術の進展により、量子ドットの物性研究の進展とともに、高品質の量子ドットを精密に制御して作製することが可能となりました。 　本セミナーでは、量子ドットのエピタキシャル成長法と様々な光電子デバイスへの応用の可能性について解説する。

1. はじめに
   1. 量子ドットの基礎
   2. 量子ドットデバイスの基礎
2. 量子ドットのエピタキシャル成長技術
   1. 半導体エピタキシャル成長技術の進展
   2. ストランスキー・クラスタノフ成長モードによる量子ドットの自己形成法
   3. 量子ドットの自己形成過程とその場観察技術
3. 量子ドットのデバイス応用に向けた成長技術の進展
   1. 量子ドットの高均一・高密度化
   2. 量子ドットの超高密度化
   3. 量子ドットの超低密度化
   4. 量子ドットの発光波長制御
4. 量子ドットの光電子デバイスへの応用
   1. 量子ドットレーザー
   2. 量子ドット広帯域LED
   3. 量子ドット太陽電池
   4. 量子ドット単一光子発生器
   5. 量子ドット共鳴トンネルダイオード
5. まとめ
• 質疑応答

第3部 Si量子ドットにおける光の波長制御とその応用について

(2024年3月29日 12:40〜13:40)

　汎用的材料で重金属フリーな発光体、特に量子ドットが世界中で求められている。 　本セミナーでは、可視領域でフルカラー発光する、溶液分散型のシリコン量子ドットの製造法、構造、特性、LED、発光フィルム等を紹介する。

1. イントロダクション
   1. 量子ドットについて
   2. シリコンについて
   3. ナノシリコンについて
2. シリコン量子ドットの発光メカニズム
   1. 量子サイズ効果
   2. 有効質量近似
   3. 表面効果
   4. SバンドとFバンド
3. シリコン量子ドットの合成法・構造・光特性
   1. シリコン量子ドットの合成法
   2. シリコン量子ドットの構造と光特性
   3. シリコン量子ドットのデバイス
      • 量子ドットLED
      • 量子ドットフィルムなど
   4. シリコン量子の様々な用途など
4. まとめと展望
• 質疑応答

第4部 〜カドミウムフリー発光性ナノ粒子を含めた〜 液相プロセスによる機能性ナノ粒子およびナノカプセルの作製の実例

(2024年3月29日 13:50〜14:50)

　ナノ粒子は凝集や劣化しやすい。また、毒性を持つものもある。その凝集や劣化の防止および毒性の軽減のための方法の一つとして、ナノ粒子を他の殻で覆う方法、すなわちナノカプセル化が挙げられる。一方、ナノカプセルの実用化の観点から、ナノカプセルを大量に作製する必要があり、その作製法として液相でのプロセスが望ましいい。 　本講演では、ナノ粒子の形成メカニズムの解説からはじまり、これまでに本研究グループが開発した液相プロセスによるナノ粒子およびナノカプセルの作製の実例について紹介する。

1. はじめに
   1. ナノ粒子の形成メカニズム
   2. ナノ粒子の分散と凝集
2. ナノ粒子およびナノ粒子担持型複合体の作製例と応用例
   1. 金属Cuナノ粒子
   2. Cu2Oナノ粒子
   3. CuOナノ粒子
   4. Pdナノ粒子担持ZnO粒子
   5. Auナノ粒子担持ガラス
3. ナノカプセルの作製例と応用例
   1. はじめに
      1. ナノ粒子の分散安定化法
      2. ナノカプセル化の効果
   2. ナノカプセル化の実例
      1. Ag/SiO2ナノカプセル
      2. Co/SiO2ナノカプセル
      3. 蛍光ビーズ/SiO2ナノカプセル
      4. SiO2/TiO2ナノカプセル
   3. ナノカプセルの応用例
      1. AgI/SiO2ナノカプセルの合成とX線造影特性
      2. Au/SiO2ナノカプセルの合成とX線造影特性
      3. Gd化合物/SiO2ナノカプセルの合成と核磁気共鳴造影特性
      4. QD/SiO2ナノカプセルの合成と発光造影特性
      5. InP/SiO2ナノカプセルの合成と耐水性
      6. CZA/SiO2ナノカプセルの合成と耐水性
4. まとめ
• 質疑応答

第5部 PbS量子ドットの化学合成と光量子エレクトロニクス分野ヘの応用

(2024年3月29日 15:00〜16:00)

　この講演では、現在我々が行なっている、光電変換効率が60%を超えると期待されている量子ドット超格子太陽電池の研究や、量子情報処理に不可欠な単一光子放出器の研究、及びそれらを実現するための材料技術について、初級者向けに配慮しつつ解説する。

1. PbS量子ドットの化学合成技術
   1. ホットインジェクション法
   2. 配位子の置換
   3. 合成後の洗浄や溶媒の選択
   4. シリカコーティング
2. 量子ドット超格子太陽電池
   1. 量子ドット超格子とは
   2. 高効率を実現する動作原理
   3. 超格子構造の実現手段
   4. 中間バンド構造の制御とバンドダイアグラム
3. 単一光子放出器
   1. 基本構造と動作原理
   2. 光子放出のタイミングや偏光方向の制御技術
4. まとめ
• 質疑応答

第6部 量子ドット蛍光体の基礎・分散性・安定性

(2024年3月29日 16:10〜17:10)

　本講演では、蛍光体の常識を覆した量子ドット (QDs) 蛍光体の基礎 (ホットインジェクション法による合成・コア/シェル構造による効果・量子サイズ効果) 、QDsの分散性と安定性およびCsPbX3 (X=Cl、 Br、 I) ペロブスカイトQDsについて紹介する。

1. 量子ドット (QDs) 蛍光体の基礎
   1. 蛍光体の常識を覆した量子ドット
   2. ホットインジェクション法
   3. コア/シェル構造による効果
   4. 量子サイズ効果
   5. CdSe/ZnS QDsの蛍光スペクトル
   6. 量子ドットディスプレイ
   7. QDsの課題
2. QDs分散シリカプレート
   1. テトラメチルアンモニウムシリケート
   2. 親水化 (配位子交換) →シリカへの分散
   3. QDs分散シリカプレートの耐光性
3. UV硬化QDインク・QDsプレート
4. CsPbX3 (X=Cl,Br,I) ペロブスカイトQDs
   1. CsPbX3 (X=Cl,Br,I) QDs
   2. 表面リガンドの役割
   3. QDs分散液の蛍光特性の向上
   4. QDs分散液の安定性 (耐熱性) の向上
   5. 光劣化
   6. 耐光性改善の方策
   7. 光劣化と自己回復
• 質疑応答