Isobe, Tetsuhiko

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Affiliation

Faculty of Science and Technology, Department of Applied Chemistry (Yagami)

Position

Professor

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Profile Summary 【 Display / hide

  • 私たちの研究室では、ユニークな液相合成法を活用して0次元や2次元の形態を有するナノ蛍光体材料を開発しています。たとえば、ディスプレイの広色域化を可能にするペロブスカイト量子ドット、太陽電池応用を指向した近紫外線を赤色や近赤外線に波長変換するナノシート、低毒性・環境親和性を有するカーボンドット、近紫外線照射で可視光を発する銀イオン交換ゼオライトナノ粒子などを研究しています。

Career 【 Display / hide

  • 1989.04
    -
    1995.03

    Keio University, Assistant

  • 1993.09
    -
    1994.08

    Vanderbilt University (USA), Visiting scholar

  • 1995.04
    -
    1999.03

    Keio University, Assistant Professor

  • 1999.04
    -
    2007.03

    Keio University, Associate Professor

  • 1999.09
    -
    2000.08

    École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI)(France), Visiting scholar

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Academic Background 【 Display / hide

  • 1986.03

    Keio University, Faculty of Science and Engineering, 応用化学科

    University, Graduated

  • 1988.03

    Keio University, Graduate School, Division of Science and Engineeri, 応用化学専攻

    Graduate School, Completed, Master's course

  • 1991.03

    Keio University, Graduate School, Division of Science and Engineeri, 応用化学専攻

    Graduate School, Withdrawal after completion of doctoral course requirements, Doctoral course

Academic Degrees 【 Display / hide

  • 博士(工学), Keio University, Coursework, 1992.02

 

Research Areas 【 Display / hide

  • Nanobioscience (Nano Materials/Nano Bioscience)

  • Inorganic materials/Physical properties

Research Keywords 【 Display / hide

  • Phosphors

  • Nanophosphor

  • Luminescent nanomaterials

  • Nanocomposite materials

 

Books 【 Display / hide

  • 次世代ディスプレイへの応用に向けた材料、プロセス技術の開発動向

    磯 由樹, 磯部 徹彦, 技術情報協会, 2020.02

    Scope: 第8章 第4節 完全無機ペロブスカイトナノ結晶蛍光体の特性、合成法および耐久性の改善

  • 量子ドット材料の技術と応用展開: ディスプレイ・照明・バイオ応用から太陽電池まで

    磯 由樹, 磯部 徹彦, 情報機構, 2017.06

    Scope: 第4章第2節 ペロブスカイト型量子ドット蛍光体

  • 次世代蛍光体材料の開発

    磯 由樹, 磯部 徹彦, シーエムシー出版, 2016.07

    Scope: 第4編 第1章 CdフリーCuInS2量子ドット,第2章 ドープ型量子ドット,第3章 ナノシート蛍光体

  • ナノ粒子の表面修飾と分析評価技術~各種特性を向上するためのナノ粒子表面関連技術とその評価~

    磯部 徹彦, 情報機構, 2016.01

    Scope: 第4章 第6節 蛍光ナノ粒子の表面修飾

  • 近赤外・紫外線-波長変換と光吸収増大による太陽電池の高効率化技術

    磯 由樹, 磯部 徹彦, S&T出版, 2016.01

    Scope: 第1章 第1節 ナノ蛍光体による近紫外線→可視光・近赤外線変換と結晶シリコン太陽電池への応用

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Papers 【 Display / hide

  • Glycothermally Synthesized Carbon Dots with Narrow-Bandwidth and Color-Tunable Solvatochromic Fluorescence for Wide-Color-Gamut Displays

    Yoshinaga T., Shinoda M., Iso Y., Isobe T., Ogura A., Takao K.I.

    ACS Omega (ACS Omega)  6 ( 2 ) 1741 - 1750 2021.01

    Research paper (scientific journal), Joint Work, Accepted

     View Summary

    © 2021 The Authors. Published by American Chemical Society. Fluorescent carbon dots (CDs) represent a promising eco-friendly next-generation phosphor. However, most CDs exhibit broad photoluminescence (PL) spectra [full width at half-maximum (fwhm) over 60 nm]; few works on CDs with sharp PL spectra (fwhm less than 40 nm) have been reported. In addition, their syntheses and color tuning require harsh conditions of high temperatures, long reaction times, and high pressures with catalysts. Here, we successfully prepared narrow-bandwidth emissive CDs (fwhm of 27-40 nm) from phloroglucinol in a glycol solvent of 1,2-pentanediol at temperatures as low as 180 °C for a reaction duration of as short as 6 h under ambient conditions without any catalysts via an open reaction system in which dehydration and condensation reactions among phloroglucinol molecules were enhanced. We shifted the emission peak from 463 to 511 nm by selecting seven kinds of solvents with different polarities, that is, emission colors could be tuned from blue to green by taking advantage of fluorescence solvatochromism. The CD-dispersed polymer films showed a similar solvatochromic behavior and sharp PL spectra, verifying the feasibility of applying the CDs to displays with a wide color gamut.

  • 1. Particle characteristics and measurement 1.12 size effect of particle properties 1.12.1 nanophosphors: Fluorescent semiconductor quantum dots

    Iso Y., Isobe T.

    Journal of the Society of Powder Technology, Japan (Journal of the Society of Powder Technology, Japan)  57 ( 12 ) 641 - 6465 2020.12

    Research paper (scientific journal), Joint Work, Accepted,  ISSN  03866157

  • Photoluminescence properties of L-cysteine-derived carbon dots prepared in non-aqueous and aqueous solvents

    Yoshinaga T., Akiu M., Iso Y., Isobe T.

    Journal of Luminescence (Journal of Luminescence)  224 2020.08

    Research paper (scientific journal), Joint Work, Accepted,  ISSN  00222313

     View Summary

    © 2020 Elsevier B.V. Fluorescent carbon dots (CDs) can be produced from amino acids such as L-cysteine by an intermolecular dehydration reaction between NH2 and COOH groups, followed by carbonization. This dehydration reaction may be hindered in aqueous media because the amino acid molecules are surrounded by water; therefore, we used a non-aqueous reaction media to facilitate the dehydration reaction. In the present study, L-cysteine was heated at 230 °C for 30 min in a non-aqueous solvent, diphenyl ether, which has a high boiling point of 258 °C, to yield CDs-NA. For comparison, we also hydrothermally prepared CDs-A from L-cysteine dissolved in water, with the use of an autoclave and microwave heating system under the same temperature and time conditions. The maximum photoluminescence (PL) intensity of the water dispersion of CDs-NA was 1.5 times as high as that of the CDs-A. The absolute PL quantum yield (QY) of CDs-NA was 4.2%, which was 1.4 times as high as that of CDs-A, 3.0%. Characterization of the elemental compositions, particulate properties, and chemical bonding states confirmed that the non-aqueous solvent not only facilitated CD formation via the dehydration reaction but also contributed to the formation of sulfonic acid groups by oxidation of thiol groups. The rapid particle growth and formation of the additional functional groups might contribute to the increased PL intensity and absolute PLQY of CDs-NA. Through the optimization of the synthesis conditions in a non-aqueous solvent, the absolute PLQY of CDs-NA was increased from 4.2% to 10.2%.

  • Bandgap-Tuned CuInS<inf>2</inf>/ZnS Core/Shell Quantum Dots for a Luminescent Downshifting Layer in a Crystalline Silicon Solar Module

    Nakamura Y., Iso Y., Isobe T.

    ACS Applied Nano Materials (ACS Applied Nano Materials)  3 ( 4 ) 3417 - 3426 2020.04

    Research paper (scientific journal), Joint Work, Accepted

     View Summary

    Copyright © 2020 American Chemical Society. CuInS2 (CIS) quantum dots (QDs) were investigated as a luminescent downshifting (LDS) material that converts near-ultraviolet (UV) light to visible light and were applied to a single crystalline silicon (c-Si) solar module that has no spectral sensitivity in the near-UV region. The bandgap of the CIS/ZnS core/shell QDs was successfully adjusted to &tild;3 eV, which was adequate for the LDS layer in solar devices, by changing the molar ratio of Cu/In. CIS/ZnS/ZnS core/shell/shell QDs with 59.9% absolute photoluminescence (PL) quantum yield were prepared by the hot-injection method and embedded in ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) resin to fabricate QD@EVA films as the LDS layer. The PL intensity of the QD@EVA films under near-UV excitation monotonically increased with increasing QD concentration. The films were attached to a commercial single c-Si solar module. The advantages and drawbacks of the films were discussed based on the results of incident photon-to-electron conversion efficiency and current-voltage curve measurements.

  • Surface modification strategy for fluorescence solvatochromism of carbon dots prepared from: P -phenylenediamine

    Sato K., Sato R., Iso Y., Isobe T.

    Chemical Communications (Chemical Communications)  56 ( 14 ) 2174 - 2177 2020.02

    Research paper (scientific journal), Joint Work, Accepted,  ISSN  13597345

     View Summary

    This journal is © The Royal Society of Chemistry. The fluorescence solvatochromism of p-phenylenediamine-derived carbon dots (CDs) was modulated through surface modification with decanoic acid or perfluorodecanoic acid. This is attributed to the adjustment of the dipole interaction between solvent molecules and the CD surface in terms of steric hindrance of a surface modifier and polarization of the modified CD surface.

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Papers, etc., Registered in KOARA 【 Display / hide

Reviews, Commentaries, etc. 【 Display / hide

  • 単結晶シリコン太陽電池の波長変換材料を目指した量子ドットの開発

    磯 由樹,磯部 徹彦

    機能材料 (シーエムシー出版)  41 ( 4 ) 19 - 27 2021.04

    Introduction and explanation (commerce magazine), Joint Work

  • 新しい蛍光体材料カーボンドットとは?─緑色や赤色に発光するナノ炭素材料

    磯 由樹,磯部 徹彦

    化学 (化学同人)  76 ( 3 ) 68 - 69 2021.03

    Introduction and explanation (commerce magazine), Joint Work

  • ナノ蛍光体:発光する半導体量子ドット

    磯 由樹,磯部 徹彦

    粉体工学会誌 57 ( 12 ) 641 - 646 2020.12

    Introduction and explanation (scientific journal), Joint Work

  • 新たなナノ蛍光体の台頭─ペロブスカイトナノ結晶とカーボンドット─

    磯 由樹,磯部 徹彦

    セラミックス 55 ( 11 ) 796 - 799 2020.11

    Introduction and explanation (scientific journal), Joint Work

  • ナノ蛍光体が透明に分散した波長変換TMAS誘導シリカプレート

    磯 由樹, 磯部 徹彦

    Material Stage 16 ( 9 ) 81 - 83 2016.09

    Introduction and explanation (commerce magazine), Joint Work

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Presentations 【 Display / hide

  • 量子ドットとカーボンドットの開発の最前線

    磯部 徹彦

    新化学技術推進協会 電子情報技術部会 ナノフォトニクスエレクトロニクス交流会 講演会 「ディスプレイの今と未来」, 2021.04, Oral Presentation(guest/special)

  • リガンド交換によるCuInS2/ZnS量子ドットのインクへの分散性の向上

    白石 萌々,磯 由樹,磯部 徹彦, 藤波 哲郎, 野田 国宏, 塩田 大

    第81回応用物理学会秋季学術講演会 (オンライン) , 2020.09, Oral Presentation(general)

  • ハロゲン交換によるCsPbBr3ペロブスカイトナノ結晶の光劣化と自己回復への影響

    宮下 聖規,磯 由樹,磯部 徹彦

    第81回応用物理学会秋季学術講演会 (オンライン) , 2020.09, Oral Presentation(general)

  • CsPbBr3ペロブスカイトナノ結晶膜の自己回復機能の探究

    榎本 郁弥,磯 由樹,磯部 徹彦

    第81回応用物理学会秋季学術講演会 (オンライン) , 2020.09, Oral Presentation(general)

  • 量子ドットおよびカーボンドット蛍光体の表面修飾エンジニアリング

    磯部 徹彦,磯 由樹

    第380回蛍光体同学会講演会 (オンライン) , 2020.09, Oral Presentation(guest/special)

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Research Projects of Competitive Funds, etc. 【 Display / hide

  • Development of advanced liquid-phase synthesis of carbon dots with controlled photoluminescence properties

    2019.06
    -
    2022.03

    Keio University, 磯部 徹彦, 磯 由樹, Challenging Research (Exploratory), Research grant, Principal Investigator

     View Summary

    従来の無機蛍光体の主流は、希土類元素や遷移金属を結晶にドープし、f軌道やd軌道の準位間での遷移を通じて発光するタイプである。近年、バンドギャップで発光し、量子サイズ効果によって粒子径制御で発光色を調整できる量子ドット(QD)が台頭している。しかし、QD材料として、CdSe、InP、CsPbBr3などが開発されているが、毒性や安定性の面で問題がある。このような背景のもと、本研究では、資源として豊富に存在する炭素材料を用いて、高色純度かつ高効率で発光するカーボンドット(CD)を液相中で合成する指針を構築することを目指す。

  • Improvement of properties of solar cells by quantum dots with the function of UV - visible wavelength conversion

    2018.04
    -
    2021.03

    MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, 磯部 徹彦, 磯 由樹, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Research grant, Principal Investigator

     View Summary

    Cu/In仕込みモル比の異なるCIS/ZnS量子ドット(QDs)の分散液試料は、白色光下ではCu/In比を低下させることで無色透明に近づき、365 nmのUV照射下ではいずれも黄色蛍光を示した。CIS/ZnS分散液試料の吸収スペクトルからTaucプロットを作成し、バンドギャップ(Eg)を算出した。仕込みモル比Cu/In=1/4, 1/8, 1/10で合成したCIS/ZnSのEgはそれぞれ2.75 eV、2.90 eV、3.00 eVであり、Cu/In比を低下させることでEgが増大した。元素組成分析を行うと、仕込みモル比Cu/In=1/4, 1/8, 1/10で合成したCIS/ZnSの組成はCu/In=1/5.0, 1/7.8, 1/12.0であり、QDsのCu/In組成は仕込みモル比に対応していた。このことからEgの変化はQDsのCu/In組成の変化に起因すると考えられる。仕込みモル比Cu/In=1/4, 1/8, 1/10で合成したCIS/ZnSの絶対蛍光量子収率(PLQY)はそれぞれ19%、24%、24%であった。原料の仕込みモル比をCu/In=1/10とし、シェル剤を2回添加して合成したCIS/ZnS/ZnS分散液試料は、白色光下で薄い黄色であり、UV照射下では黄色蛍光を示した。CIS/ZnS/ZnS分散液試料の吸収スペクトルからEgを算出すると2.96 eVであり、シェル剤を2回添加することによってEgに大きな変化は見られなかった。絶対PLQYを測定すると30%であった。シェル剤を2回添加することにより絶対PLQYが向上したのは、より効果的に表面欠陥がパッシベートされたことに起因すると考えられる。試作したCIS/ZnS/ZnSを分散したエチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)波長変換膜について、QDsは透明にEVA膜中に分散し、UV照射下で膜は黄色蛍光を示した。
    原料の仕込みモル比をCu/In=1/10とし、シェル剤を2回添加して合成したCIS/ZnS/ZnS分散液試料の吸収スペクトルからEgを算出すると2.96 eVであり、QDsの光吸収域を太陽電池の感度が低い紫外域に調節できた。絶対PLQYは30%であり、まだ改善の余地があるが、CIS/ZnS/ZnS QDsを透明にEVA膜中に分散でき、UV照射下で黄色蛍光を示すEVA波長変換膜を試作できた。
    昨年度の研究では、紫外光を可視光に変換するコア/シェル型CuInS2/ZnS QDsを次の手順で作製した。ドデカンチオールへ銅原料とインジウム原料を投入し、アルゴンガス中で加熱してCuInS2コアを作製した。つぎに、コア分散液に亜鉛原料、オレイン酸、ドデカンチオールおよびオクタデセンを投入し、コア/シェル型CuInS2/ZnS QDsの分散液試料と粉末試料を作製した。昨年度までの研究で、銅原料を化学量論比よりも少なくすることによって、紫外光だけを吸収するようにEgを調節できることが明らかにされた。しかし、絶対PLQYが30%ほどであった。さらにPLQYを向上させるために、今後は硫黄原料の種類とその添加方法を検討する。また、昨年度の研究の結果、ドデカンチオールとオレイン酸が被覆したCuInS2/ZnS QDs粉末試料、EVAおよび溶剤を混合することによって、フリースタンディングなQDs分散膜を作製することができた。今後は、紫外光を十分に吸収するように、膜中のQDs濃度および膜厚などを調節する。つぎに、QDs分散膜を市販の太陽電池の上部に接着して太陽電池特性を評価する。疑似太陽光下でのI-V特性を測定し、開放電圧、短絡電流、最大出力、曲線因子、光電変換効率を求める。分光感度測定システムを用いて、QDsの波長変換効果による近紫外域での分光感度の向上を評価する。

  • Preparation, characterization, and application of near-UV -> red conversion fluorescent nanosheets and their composite films

    2015.04
    -
    2018.03

    MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, ISOBE Tetsuhiko, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Research grant, Principal Investigator

     View Summary

    Y2O3:Bi3+,Eu3+ nanosheets, which emit red light under near-UV irradiation, were obtained by calcining hydroxide precursor nanosheets synthesized through a hydrothermal method. An aqueous dispersion of positively charged Y2O3:Bi3+,Eu3+ nanosheets with polyethyleneimine adsorbed to the surface was prepared for their deposition. Fluorescent nanosheets were electrophoretically deposited on a transparent conductive substrate under a constant voltage. Next, polyvinylpyrrolidone was coated on the film. The effects of the PVP-coated film samples on the properties of a commercial monocrystalline silicon photovoltaic module were evaluated.

  • Preparation and characterization of biocompatible composite beads with fluorescent nanoparticles

    2011.04
    -
    2014.03

    Keio University, ISOBE Tetsuhiko, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Research grant, Principal Investigator

     View Summary

    Preparation of chitosan beads by cross-linking method through electrostatic interaction with tripolyphosphate ions, combined with emulsification method using SPG membrane was studied. Next, hybridizations between green-emitting YAG:Ce3+ nanoparticles and chitosan beads, and between red-emitting Eu3+-doped apatite nanoparticles and chitosan beads were studied. Hybridizations between Eu3+-doped apatite nanoparticles and silica beads, and between YAG:Ce3+ nanoparticles and alginate beads were also studied.

  • Preparation and characterization of composites consisting of nanoparticles with dual functions of fluorescence and magnetism

    2008
    -
    2010

    Keio University, ISOBE Tetsuhiko, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Research grant, Principal Investigator

     View Summary

    YVO_4:Bi^<3+>,Eu^<3+> nanoparticles emitting red under the excitation of ultraviolet light were hybridized with PMMA mirobeads through electrostatic interaction. In addition, YAG:Ce^<3+> nanoparticles emitting green under the excitation of blue light as well as YAG/YIG core/shell nanoparticles were hybridized with PMMA mirobeads through electrostatic interaction.

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Works 【 Display / hide

  • 早慶交換講義「無機ナノ蛍光体の研究開発への挑戦」

    ISOBE TETSUHIKO

    2013.04

    Other, Single

  • 慶應義塾大学メディアセンターMediaNet, No.18, p.25, ティールーム「電子化でちょっと気になること」

    ISOBE TETSUHIKO

    2011.11

    Other, Single

  • ソニーケミカル&インフォメーションデバイス株式会社 鹿沼事業所における講演 「ドープ型ナノ蛍光体に関する研究動向と展望」

    ISOBE TETSUHIKO

    2011.09

    Other, Single

  • 関東学院六浦高等学校 模擬授業 「身近で活躍する発光材料」

    磯部 徹彦

    2011.06

    Other, Single

Intellectual Property Rights, etc. 【 Display / hide

  • 発光体の製造方法

    Application No.: 特願平9-212171  1997.08 

    Announcement No.: 特開平10-310770  1998.11 

    Patent, National application

  • 発光体の製造方法

    Application No.: 特願平10-273596  1998.09 

    Announcement No.: 特開2000-104058  2000.04 

    Patent, National application

  • ハイドロキシアパタイトの合成方法,ハイドロキシアパタイト複合体およびその製造方法

    Application No.: 特願2000-607922  1999.03 

    Announcement No.: WO00/58209  2000.10 

    Patent, PCT international application

  • リン酸カルシウム粉体の製造方法

    Application No.: 特願2000-607923  1999.03 

    Announcement No.: WO00/58210  2000.10 

    Patent, PCT international application

  • はんだ粉末とその製造方法、およびソルダーペースト

    Application No.: 特願平11-187637  1999.07 

    Announcement No.: 特開2000-317682  2000.11 

    Patent, National application

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Awards 【 Display / hide

  • Outstanding Poster Paper Award

    T. Watanabe, Y. Iso, T. Isobe, H. Sasaki, 2017.12, The 24th International Display Workshops(IDW'17), Improved Photostability of Tetramethyl Orthosilicate-Modified InP/ZnS Quantum Dots

    Type of Award: Awards of International Conference, Council and Symposium

  • The Poster Award

    Kenji Akisada, Yusuke Noguchi, Tetsuhiko Isobe, 2010.11, The 3rd International Congress on Ceramics (ICC3) Symposim 5 "Hybrid and Nano-Structured Materials", Preparation of composite PMMA microbeads hybridized with fluorescent YVO4:Bi3+,Eu3+

    Type of Award: Awards of International Conference, Council and Symposium

  • Best Paper Award

    Wakana Kichikawa, Fumiaki Nishimura, Tetsuhiko Isobe, 2006.09, The International Union Materials Research Society - International Conference in Asia 2006 (IUMRS-ICA 2006), Photoluminescence of the Highly Transparent Colloidal Solution of LaPO4:Ce3+, Tb3+ Nanocrystal Phosphors Synthesized by Low-Temperature Solvothermal Method : Effect of Polyphosphate Additive

    Type of Award: Awards of International Conference, Council and Symposium

 

Courses Taught 【 Display / hide

  • SEMINAR IN APPLIED CHEMISTRY

    2021

  • NANO SCALE SCIENCE JOINT SEMINAR

    2021

  • MATERIAL DESIGN SCIENCE JOINT SEMINAR

    2021

  • LABORATORIES IN APPLIED CHEMISTRY A

    2021

  • INTRODUCTION OF MATERIAL DESIGN 2

    2021

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Courses Previously Taught 【 Display / hide

  • 固体の機能設計

    慶應義塾大学大学院, 2018

  • 機能デザイン工学

    慶應義塾大学大学院, 2018

  • 総合デザイン工学特別研究第1

    慶應義塾大学大学院, 2018

  • 総合デザイン工学課題研究

    慶應義塾大学大学院, 2018

  • 総合デザイン工学特別研究第2

    慶應義塾大学大学院, 2018

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Memberships in Academic Societies 【 Display / hide

  • 蛍光体同学会, 

    2001.01
    -
    Present
  • 応用物理学会, 

    1996.02
    -
    Present
  • 日本希土類学会, 

    2005.01
    -
    Present
  • 電気化学会, 

    2011.01
    -
    Present
  • 日本セラミックス協会, 

    2011.04
    -
    Present

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Committee Experiences 【 Display / hide

  • 2007.01
    -
    Present

    幹事, 蛍光体同学会

  • 2004.06
    -
    Present

    委員, 日本学術振興会 光電相互変換第125委員会

  • 2014.04
    -
    Present

    代議員, 電気化学会

  • 2017.10
    -
    Present

    Luminescence and Display Materials Division, Executive Committee Member-at-Large, Electrochemical Society

  • 2020.11
    -
    2022.10

    Organizer for Luminescence: Fundamentals and Applications at the 242nd ECS Meeting, October 9-13, 2022, Atlanta, Georgia, Electrochemical Society

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