ケイ酸バリウムマグネシウムにおけるフォトクロミズムの鉄置換量依存性

紫外線やX線の照射によって着色する現象のことを、フォトクロミズムといいます。この着色は可視光の照射、あるいは加熱によって脱色することができます。着色と脱色を繰り返し行うことができるので、フォトクロミズムを示す物質は紫外線やX線の可視化センサー、あるいは紫外線を用いた超大容量光メモリーなどへの応用が期待されています。さまざまな物質がフォトクロミズムを示すことが知られています。一般的に無機物質は耐熱性、耐候性に優れ、応用上有利と考えられます。そこで、この研究ではケイ酸バリウムマグネシウムという無機物質に注目しました。この物質は紫外線を照射するとピンク色に着色することが知られています。そして鉄を加えるとその着色の強度を増大させることができることが知られています。しかし、鉄がフォトクロミズムに対してどれだけ有効に作用するかはまだ分かっておらず、本研究ではそれを明らかにすることを目的としました。

試料はゾル-ゲル法で合成しました。種々の金属イオンを含む水溶液にオルトケイ酸テトラエチルを加えて反応させてゾル溶液を得て、加熱によりさらに反応を進めるとともにゲル化させました。これを加熱処理して有機成分を除きました。試料にフォトクロミズムの特性を持たせるために最終的に水素中で加熱して還元処理を行いました。

下に紫外線照射前後の試料の写真を示します。紫外線を照射する前は試料の色は白色ですが、紫外線を照射するとピンク色の着色が観察されました。この着色は加熱によって脱色され、試料の色は元の白色に戻ることが観察されました。
鉄の量を変えて試料合成を行いましたが、いずれもこのピンク色のフォトクロミズムを示し、その着色の強度は鉄の量に比例して増加することが確認されました。ケイ酸バリウムマグネシウムのフォトクロミズムに対して、確かに鉄には有効に作用することが確認されました。研究成果は近く公表される予定です。