[논문]Cobalt가 첨가된 이트리아 안정화 큐빅지르코니아(YSZ) 단결정의 리간드장에 따른 색상변화

석정원; 최종건

Cobalt가 첨가된 이트리아 안정화 큐빅지르코니아(YSZ) 단결정의 리간드장에 따른 색상변화
Color-change for ligand field of cobalt doped yttria stabilized cubic zirconia (YSZ) single crystal 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.17 no.1, 2007년, pp.35 - 40

초록
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스컬(skull)용융법에 의해 성장시킨 코발트($Co^{2+}$)가 도핑(doping)된 $25{\sim}50wt%$의 서로 다른 $Y_2O_3$ 함량을 가진 이트리아 안정화 큐빅지르코니아(YSZ) 단결정을 $N_2$ 분위기 $1000^{\circ}C$에서 5시간 동안 열처리하였다. 적갈색의 단결정들은 각각 보라색 또는 청색으로 변화되었으며, Co가 첨가(doping) 된 처리 전 후의 YSZ들은 직경 6.5, 두께 2 mm의 웨이퍼 또는 직경 10 mm의 라운드브릴리언트 컷(round brilliant cut)으로 연하 하였으며, 광학적 또는 구조적 특성은 UV-VIS 분광광도계와 XRD(X-ray diffraction)로 측정하였으며, $Co^{2+}\;(^4A_2(^4F)\to{^4P})$ 및 $Co^{3+}$에 의한 흡수, 에너지 간격(energy gap) 및 격자 매개 변수(lattice parameter)변화가 분석되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Cobalt ($Co^{2+}$) doped yttria stabilized cubic zirconia (YSZ, $Y_2O_3\;:\;25{\sim}50wt%$) single crystals grown by a skull melting method were heat-treated in $N_2\;at\;1000^{\circ}C$ for 5 hrs. The reddish brown single crystals were changed into either violet or blue color, respectively. Before and after heat treatment, the Co-doped YSZ crystals cut for wafers (${\phi}6.5{\times}t\;2mm$) and round brilliant (${\phi}10mm$). The optical and structural properties were examined by UV-VIS spectrophotometer and XRD. These results are analyzed absorption by $Co^{2+}\;(^4A_2(^4F)\to{^4P})\;and\;Co^{3+}$, change of energy gap and lattice parameter.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 CoM를 1.5 wt%로 모두 동일하게 발색 원소로 사용하고 ZrQ와 Y2O₃의 비율에 따른 색상 및 격자 매개변수 값의 변화를 고찰하였다. ZrO₂(4N): Y2O₃ (4N, stabilizer)의 비는 Table 1 에서와 같이 50: SO- 75 : 25 wt%로 하였고 칭 량한 원료들은 24시간 동안 건식혼합을 하였다.

제안 방법

본 연구에서는 CO₃O₄의 첨가량을 1.5 wt%로 동일하게 하고 丫2。3 를 25~50 wt%로 변화시켜 이에 따른 YCZ의 구조와 리간드(ligand) 장에 따른 색상 변화를 해석하고자 하였다.
대한 丫2。3의 비를 25~50 wt%로 하여 YSZ를 스컬용융법으로성장을 시켰다. 성장시킨 YSZ는 적갈색 및 황갈색을 나타내었으나 n2 분위기 1000℃에서 5시간 동안 열처리 후에는 보라색 및 청색을 나타내었다.
단결정 성장은 3mm/hr로 하였으며 결정성장 완료 후 3시간 동안 자연냉각 시켰다. Ingot 가 완전히 냉각된 후 ingot에서 단결정을 분리하여 N₂ 분위기 1000℃에서 5시간 동안 열처리하였으며, 직경 10 mm 의 라운드브릴리언트 형태와 직경 6.5 mm 두께 2mm의 웨이퍼로 가공하였다. 연마된 샘플들은 UV-VIS 분광광도계를 통해 투광도 분석을 행히였으며, YSZ 단결정에서 Co%] 의한 么2性) T 坦](4旳로의 여기 과정을 분석하였다.
5 wt%로 모두 동일하게 발색 원소로 사용하고 ZrQ와 Y2O₃의 비율에 따른 색상 및 격자 매개변수 값의 변화를 고찰하였다. ZrO₂(4N): Y2O₃ (4N, stabilizer)의 비는 Table 1 에서와 같이 50: SO- 75 : 25 wt%로 하였고 칭 량한 원료들은 24시간 동안 건식혼합을 하였다. 단결정 성장은 3mm/hr로 하였으며 결정성장 완료 후 3시간 동안 자연냉각 시켰다.
제작하여 사용하였다. 냉각도가니는 구리 (Cu)로 제작하였으며 내부로 냉각수가 흐를 수 있도록 하였고, 도가니로의 자장 손실을 최소화 하기 위해 반으로 나누어 제작하였다.
resistivity, Q/m)이 매우 중요하다. 본 실험에서 용융시키고자 하는 ZrQ의 융점에서의 비저항은 1(尸 Q/m이몌 10], 출력주파수(f= 1/2兀也。, Hz), 침투 깊이 (&me=(2/M应产, (o = 2nf, cm) 및 爲e와 냉각도 가니 반경(R, cm)의 적정비를 고려하여 조건을 설정하였다. 고주파발진기의 최대 효율을 위해서는 §me/R = 0.
5 mm 두께 2mm의 웨이퍼로 가공하였다. 연마된 샘플들은 UV-VIS 분광광도계를 통해 투광도 분석을 행히였으며, YSZ 단결정에서 Co%] 의한 么2性) T 坦](4旳로의 여기 과정을 분석하였다. 열처리 전·후의 단결정들은 알루미나 유발에 미분쇄하여 XRD를 측정함으로 격자매개변수 변화 값을 구할 수 있었다.
연마된 샘플들은 UV-VIS 분광광도계를 통해 투광도 분석을 행히였으며, YSZ 단결정에서 Co%] 의한 么2性) T 坦](4旳로의 여기 과정을 분석하였다. 열처리 전·후의 단결정들은 알루미나 유발에 미분쇄하여 XRD를 측정함으로 격자매개변수 변화 값을 구할 수 있었다. 이 모든 과정을 Fig.
3 및 4에서와 같이 발색 원소를 동일 조성으로 하고 안정화제인 이트리아 함량을 변화시킴에 따라 서로 다른 색상을 보였다. 이는 결정구조 변화에 따른 리간드(ligand)장의 에너지 간격변화에 따른 것이라 사료되며, 그 분석을 위해 UV-VIS 분광광도계 및 XRD를 측정하여 구조적 해석을 하였다.

대상 데이터

가 될 수 있도록 반경 6 cm, 높이 14 cm의 냉각 도가니를 제작하여 사용하였다. 냉각도가니는 구리 (Cu)로 제작하였으며 내부로 냉각수가 흐를 수 있도록 하였고, 도가니로의 자장 손실을 최소화 하기 위해 반으로 나누어 제작하였다.

성능/효과

6에서는 UV 영역의 흡수 및 VIS 영역에 472(P]2), 514~534(1%), 572~607(P끄), 654~661(Pn), 702~717nm(P2i)의 흡수패턴을 볼 수 있다. 300-470 nm 영역의 투광도는 처리전과 비교할 때 전체적으로 확연히 증가함을 보였으며, 472 nm(P12) 영역의 흡수패턴을 제외한 각각의 흡수패턴들은 25~50 wt%까지 Y2O₃ 함량이 증가함에 따라 에너지간격이 작아짐을 알 수 있으며 이를 Fig. 7에 나타내었다. 이는 Zr"(8배위일 때 R = 0.
코발트 또한 Zr4+ 자리에 Co* 상태로 존재하게 되며 Co* 이온 반경은 Co* 이온 반경 보가 크다. 따라서 격자매개변수 값은 丫3+ 이온이 많이 있을수록, 또는 Co*가 될수록 더 커지게 되며, 이 변화는 YSZ 내에서 리간드장의 에너지 간격 변화를 가져와 YSZ의 색상변화를 야기시킨 것이라 판단된다.
격자 매개변수 값의 변화는 Co?+ ion이 4A2(4F) 轮로 여기 될 때 각각의 에너지 간격의 변화를 가져와 색상 변화 야기시킨 것이다. 에너지간격의 변화는 丫3+ 이온(ion)의 함량이 많아질수록 작아짐을 보였다.
2와 3 샘플들을 UV-VIS 분광광도계로 투광도를 측정한 것으로서 열처리 후 각각의 흡수된 영역을 Table 2에 에너지 준위 변화와 함께 나타내었다. 열처리 전 샘플들에서 300~470 nm의 투광도는 Y2O₃ 함량이 증가할수록 전반적으로 감소하였다. 이들 패턴들은 스컬용융법에 의한 단결정 성장 특성상 성장되는 단결정의 정확한 분위기 상태를 알 수 없으므로 발색 메커니즘을 정확히 분석하기는 힘드나 열처리 전후를 고찰해 볼 때 CoH(R=0.
처리 전 색상은 Y2O₃ 함량이 많아질수록 적갈색에서 약한 황색을 띄는 적갈색으로 미약한 변화를 보였지만 열처리 후에는 보라색 (丫皿 (2) wt %)에서 청색 (YQ’Wwt%)으로의 확연한 변화를 보였다. 일반적으로 YSZ에서의 색상은 발색원소의 종류에 따라서 달리 나타나지만 본 연구에서는 Fig. 3 및 4에서와 같이 발색 원소를 동일 조성으로 하고 안정화제인 이트리아 함량을 변화시킴에 따라 서로 다른 색상을 보였다. 이는 결정구조 변화에 따른 리간드(ligand)장의 에너지 간격변화에 따른 것이라 사료되며, 그 분석을 위해 UV-VIS 분광광도계 및 XRD를 측정하여 구조적 해석을 하였다.
4는 열처리 후 직경 10 mm의 라운드브릴리언트 컷으로 연마한 것이다. 처리 전 색상은 Y2O₃ 함량이 많아질수록 적갈색에서 약한 황색을 띄는 적갈색으로 미약한 변화를 보였지만 열처리 후에는 보라색 (丫皿 (2) wt %)에서 청색 (YQ’Wwt%)으로의 확연한 변화를 보였다. 일반적으로 YSZ에서의 색상은 발색원소의 종류에 따라서 달리 나타나지만 본 연구에서는 Fig.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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