[논문]용매 증발법에 의한 <tex>$YGdO_3:Eu^{3+}$</tex> 형광체의 제조와 발광 특성

이동규; 전상배; 이진화

doi:10.12925/jkocs.2007.24.3.4

용매 증발법에 의한 $YGdO_3:Eu^{3+}$ 형광체의 제조와 발광 특성
Synthesis and Luminescence Properties of $YGdO_3:Eu^{3+}$ Phosphor by Solvent Evaporation Method 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.24 no.3 = no.68, 2007년, pp.238 - 245

이동규 (충북대학교 공과대학 공업화학과) , 전상배 (충북대학교 공과대학 공업화학과) , 이진화 (충북대학교 공과대학 공업화학과)

Abstract ▼ AI-Helper

$Eu^{3+}$ doped $YGdO_3$ phosphors particles which have fine size and narrow size distribution with non aggregated uniform morphology were prepared by solvent evaporation method for the improvement of emission efficiency. Several parameters have been investigated in this study such as the influences of composition ratio of host materials, calcination temperature, amount of activator, surfactant, pH and flux on the photoluminescence intensity, particle size and dispersion. $Eu^{3+}$ doped $YGdO_3$ phosphor presented a strong narrow band emission peak at 612nm. The maximum emission intensity of$YGdO_3:Eu^{3+}$ occurred when $Eu^{3+}$ concentration is 3wt% under vacuum ultra violet excitation. Prepared phosphors were found to have small round-shaped particles about 150nm in size. The addition of PVA as a surfactant inhibits the grain growth and the agglomeration of particles efficiently by reducing the oxygen bridge bonds. As the pH reduces, PL intensity increase due to reducing the formation of oxygen bridge bonds. The particles prepared from solvent evaporation method with 5wt% LiCl were found to have 120% PL intensity compare to particles prepared without LiCl flux.

주제어

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문제 정의

반응이 액상에서 진행되기 때문에 균일한 조성의 형광체를 얻을 수 있으며 모체의 비, 활성제의 농도, 소성온도, pH 및 계면활성제 첨가 등의 변화로 입자의 결정성, 형태, 크기 및 생성물의 입도를 조절하였다. 또한 기존의 고상 법 등에서 입자의 결정성장과 휘도 향상을 위해 사용되는 융제를 용매 증발법에 도입하여 형광체 입자의 결정성장 및 발광특성을 향상시키고자 하였다. 형광체 입자의 결정성장 및 발광 특성의 향상을 위해 사용되는 융제는 원료의 소성 시 용해되어 그 표면장력에 의하여 입자간접촉을 도와 합성온도와 열처리 시간을 낮추는 역할을 할 뿐만 아니라, 입자끼리의 접촉 기회를 증가 시켜 결정성장을 도우며, 활성제가 모체 내부에 분산 및 활성화가 잘 될 일어나도록 한다.
본 연구에서는 형광체의 발광특성과 입자의 형태를 향상시키기 위해 용매증발법을 사용하여 # 형광체를 제조하였고, 고상법에서 형광체의 결정 성장과 휘도 향상을 위해 사용되는 융제를 도입하여 형광체의 발광특성 및 입자의 형태에 미치는 영향에 대해 알아보았다.

제안 방법

입자 간의 높은 응집작용을 일으키는 원인으로는 화학적으로 산소다리결합이 형성된 결과로 OH기사이 수소결합들 때문이다. 응집작용을 억제하기 위해 계면활성제를 첨가하여 YGdCgEu" 적색 형광체를 제조하였다.
형광체의 입자크기 및 형태를 주사전자현미경 (FE-SEM, Model S-2500C, Hitachi CO.) 으로 관찰하였고 발광특성은 D? 램프를 내장한 진 공자 외선 형광분 광광도 겨 (VUV photoluminescence spectrometer) 를 사용하여 147nm 여기 하에 측정하였다.
반응이 액상에서 진행되기 때문에 균일한 조성의 형광체를 얻을 수 있으며 모체의 비, 활성제의 농도, 소성온도, pH 및 계면활성제 첨가 등의 변화로 입자의 결정성, 형태, 크기 및 생성물의 입도를 조절하였다. 또한 기존의 고상 법 등에서 입자의 결정성장과 휘도 향상을 위해 사용되는 융제를 용매 증발법에 도입하여 형광체 입자의 결정성장 및 발광특성을 향상시키고자 하였다.
본 연구에서는 상대적으로 낮은 온도에서 원료 물질들을 처리할 수 있고 미립자화 할 수 있는 용매증발법을 이용하여 형광체를 제조하였다. 반응이 액상에서 진행되기 때문에 균일한 조성의 형광체를 얻을 수 있으며 모체의 비, 활성제의 농도, 소성온도, pH 및 계면활성제 첨가 등의 변화로 입자의 결정성, 형태, 크기 및 생성물의 입도를 조절하였다.
)를 이용하여 분석하였으며 그 결과는 JCPDS(Joint Committee on Power Diffraction Standards)# 참조하여 확인하였다. 분석 조건은 Cu-Ka radiation을 사용하여 5-80' 의 회절각(26) 범위에서 행하였으며 스캔 속도는 5'/min로 하여 회절스펙트럼을 얻었다. 형광체의 입자크기 및 형태를 주사전자현미경 (FE-SEM, Model S-2500C, Hitachi CO.
같이 조사하였다. 형광체의 결정성을 확인하기 위하여 X-선 회절분석기 (XRD, Model RTP300RC, Rigaku CO.)를 이용하여 분석하였으며 그 결과는 JCPDS(Joint Committee on Power Diffraction Standards)# 참조하여 확인하였다. 분석 조건은 Cu-Ka radiation을 사용하여 5-80' 의 회절각(26) 범위에서 행하였으며 스캔 속도는 5'/min로 하여 회절스펙트럼을 얻었다.
용매 증발법에서 융제는 전구체 용액에 첨가됨으로 용매인 물에 용해성이 우수해야 하며 융제 선택에 있어 중요한 선택 인자가 된다. 형광체의 발광특성은 융제의 종류 및 첨가량, 소성온도 및 시간에 따라서 많은 영향을 받으므로 서로 다른 융제를 도입하여 형광체를 제조한 후, 그 발광 특성을 비교해 보았다.

대상 데이터

YGdO₃:Eu3t 적색형광체를 얻기 위해 출발물질로 고순도의 Yttrium(ni ) chloride hexahydrate (99.9%, Sig ma-Aldrich CO.), Gadolium(HI) chloride hexahydrate(99.9%, Sig ma-Aldrich CO.), Europium(HI) oxide(99.9%, Sig ma-Aldrich CO.), Polyvinyl alcohol(99%, Sig ma-Aldrich CO.), Lithium chloride(99%, Sig ma-Aldrich CO.), Boric acid(99%, Sig ma-Aldrich CO.) 및 Sodium carbonate(99%, Sig ma-Aldrich CO.)를 사용하여 합성하였다. Fig.
4에 나타내었다. 제조된 YGdzCKEu'* 적색형광체는 소성 온도에 관계없이 (222), (400), (440) 그리고 (622)의 피크들로 구성되어 있었고, 900C에서 결정 성이 나타나기 시작하여 1100C 까지 소성온도가 증가함에 따라 결정성 역시 증가하였다. 이는 1300C 이상의 고온에서 소성한 고상법보다 낮은 온도에서 결정성이 우수하고 단일상이 형성되는 것을 확인할 수 있다.

성능/효과

3. 소성온도가 11000까지 증가함에 따라 결정성 및 발광세기가 증가함을 보였고, 이는 고상 법에 비해 상대적으로 낮은 온도에서도 형광체의 제조가 가능함을 확인하였다";
1. 형광체의 모체를 구성하는 Y와 Gd의 몰 비가 0.4/0.6일 때 제조된 형광체는 높은 결정성과 우수한 발광특성을 나타내었다.
2. 활성제인 Ei의 도핑농노가 3wt%일 때 가장 발광특성이 우수하였으며, 그 이상이 도핑되면 농도소광현상으로 발광세기는 감소하였다.
4. pH 1에서 가장 균일한 입자의 형태와 우수한 발광특성을 나타내었으며, pH가 산성에서 중성으로 변화될 때 발광세기는 감소하였다.
5. 계면활성제는 입자의 응집작용을 억제하는데 효과적이었고, LiCl 플럭스를 첨가할 때 형광체의 발광특성은 향상되었고, N&CO3, H3BO3 플럭스는 불순물로 작용하여 발광 특성을 감소시켰다.
10은 서로 다른 열처리 조건하에서의 플럭스의 첨가에 따른 YGdCKEu* 형광체의 발광 특성을 나타낸 것이다. 5wt%의 LiCl 플럭스를 첨가한 전구체로부터 &XTC에서 1200C까지 변화 시켜 제조하였고, 1100C에서 열처리 과정을 거친 형광체가 가장 높은 발광강도를 나타내었는데 이는 플럭스를 첨가하지 않은 형광체의 120%에 해당하는 것이다. 이 온도는 기존의 고상법에서의 열처리 온도보다 200 ~ 300C 정도 낮다.
6은 계면활성제의 유무에 따른 1100C에서 열처리한 YGdO₃:Eu% 형광체 입자의 SEM 결과이다. 계면활성제가 첨가된 형광체의 입자가 첨가되지 않은 것보다 입자간 응집이 적고, 입자의 크기가 작은 것을 확인할 수 있다. 계면활성제는 입자의 성장과 웅집을 억제하는데 효과적이고, 1100C에서 열처리한 계면활성제가 첨가된 YGdC&Eu" 형광체의 입자는 나노 크기로 존재하였다.
열처리 온도가 600C 이하의 형광체는 거의 발광을 하지 않았고, 900C 이상에서 제조된 형광체는 열처리 온도가 증가할수록 발광 강도가 증가하는 경향을 나타내었고, 110 0C에서 최적의 발광강도를 보였다. 그 후 열처리 온도가 증가할수록 발광강도는 감소하였고, 이는 입자의 반응성이 증가하여, 입자간 성장이 일어나 발광강도가 감소하는 것으로 생각할 수 있다.
3은 용매 증발법으로 1100C에서 5시간 동안 열처리하여 제조한 YGdO₃:Eu3t 적색 형광체의 5D0-7F2 천이에너지 영역의 전자선 여기 발광 특성에 활성제의 도핑농도 의존성을 나타낸 것이다. 발광특성 결과에서, 활성제의 도핑농도가 증가함에 따라 발광강도가 증가하며, 모체의 3wt% 도핑 시 최적의 발광강도를 보였다. 그 후 도핑농도가 증가함에 따라 발광 강도는 감소하는 경향을 나타냈다.
응집이 일어난다. 실험결과 pH 3 이상에서, 계면활성제의 효과는 감소하였고 입자의 크기는 낮은 pH에 비해 상당히 커기는 것을 관찰할 수 있었다. 그 결과 낮은 pH에서 입자의 성장이나 응집의 형상이 적고, 높은 pH에서 입자의 성장이 일어나고 이는 YGdCBEu" 형광체의 발광 특성에 영향을 미치게 된다.
5는 열처리 온도를 변화시켜 제조한 YGdO3:Eu3- 적색형광체의 발광특성의 의존성을 타나낸 것이다. 열처리 온도가 600C 이하의 형광체는 거의 발광을 하지 않았고, 900C 이상에서 제조된 형광체는 열처리 온도가 증가할수록 발광 강도가 증가하는 경향을 나타내었고, 110 0C에서 최적의 발광강도를 보였다. 그 후 열처리 온도가 증가할수록 발광강도는 감소하였고, 이는 입자의 반응성이 증가하여, 입자간 성장이 일어나 발광강도가 감소하는 것으로 생각할 수 있다.
발광 스펙트럼은 147nm 파장의 진공 자외선을 여기 에너지원으로 사용하여 측정하였으며 입자들은 융제의 종류에 관계없이 612nm에서 최고의 발광강도를 나타내었다. 형광체의 발광강도는 플럭스의 첨가에 영향을 받았으며, LiCl를 첨가하였을 때 플럭스의 효과가 가장 컸다. H₃BO₃ 플럭스를 첨가한 용액으로부터 제조된 형광체의 경우에는 불순물인 Y3BO₆로 인해 입자간의 응집이 일어나 발광 특성을 저하 시켰고, Na2CO₃ 플럭스를 포함하는 용액으로부터 제조된 입자의 경우, 플럭스로서의 역할을 수행하지 못하고 불순물로 작용한 것으로 사료된다[15].

참고문헌 (16)

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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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