[논문]Cr-doped Pyrochlore계 안료의 합성 및 유약에서의 발색

어혜진; 이병하

doi:10.4191/kcers.2011.48.4.298

Cr-doped Pyrochlore계 안료의 합성 및 유약에서의 발색
Synthesis of Cr-doped Pyrochlore-type Pigments and Coloring in Glazes 원문보기

한국세라믹학회지 = Journal of the Korean Ceramic Society, v.48 no.4, 2011년, pp.298 - 302

Abstract ▼ AI-Helper

This study developed a pigment by doping Cr to Pyrochlore-type stannate crystals and investigated the chromogenic relationship in a glaze. Crystal phases of the pigment according to firing temperatures were analyzed by XRD, and the doping relationship was analyzed by Raman Spectroscopy. Color and reflection rate of the pigment were measured by UV-vis Spectrophotometer. Consequently, stannate characteristic band appeared at 307, 408, 505 and $755cm^{-1}$ until 0.1 mole substitution of $Cr_2O_3$. However, as amount of $Cr_2O_3$ increased, the stannate characteristic peak was decreased and shift happened at the left hand side due to Cr-dope. In composition of 0.12~0.14 mole substituted, the unreacted $Cr_2O_3$ stannate characteristic peak, which was not engaged, was shown. This result shows the maximum limit of solid solution was 0.1 mole $Cr_2O_3$. The color of the glaze, which was produced by adding 6 wt% of $Y_2Sn_{1.94}Cr_{0.06}O_7$ pigment in a lime or a lime-magnesia glaze and fired the mixture at $1260^{\circ}C$, was grayish pink with $L^*$ 70.29, $a^*$ 5.68 and $b^*$ 6.27. It showed gray with $L^*$ 68.82, $a^*$ 3.07and $b^*$ 8.13 for $Y_2Sn_{1.9}Cr_{0.1}O_7$.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

2는 1400℃로 소성한 안료를 XRD 분석한 결과로 합성된 모든 조성의 안료에서는 Cr₂O₃가 고용되면서 주 결정은 Stannate를 이루고 있다. 그러나 Cr₂O₃의 양이 증가되면서 0.12 mole부터는 Y₂O₃, SnO₂, Cr₂O₃의 peak이 2차상으로 남아있어 소성 온도를 100℃ 올려 미반응된 물질인지 분해된것인지를 확인해보는 실험을 하였다. 1500℃로 온도를 올려 소성한 결과를 Fig.
본 논문은 Pyrochlore-type의 stannate 결정에 Cr을 고용시켜 회색계 안료를 개발한 후 유약에서의 발색 관계를 연구하였다.

제안 방법

Pyrochlore-stannate에서의 Cr₂O₃ 고용여부를 정확히 알아보기 위하여 Raman 분석을 하였으며 그 결과를 Fig. 6에 나타내었다. Raman에서 stannate의 특성 흡수 밴드는 311 cm⁻¹, 409 cm⁻¹, 509 cm⁻¹이며^2,12), Cr₂O₃의 특성밴드는 555 cm⁻¹, 625 cm⁻¹에서 강하게 나타나고, 407 cm⁻¹, 435 cm⁻¹에서 약하게 나타난다.
Pyrochlore-stannate의 단일상을 합성을 위해 Sn/Y atomic ratio = 1로 하여 1300℃~1500℃까지 소성을 하였다. 이 시료의 XRD 분석 결과를 Fig.
Raman spectrum은 vector raman probe (RP-532-US)를 사용하여 semiconductor 532 nm laser로 측정하였으며 spectral resolution은 3 cm−1로 상온에서 실시하였다.
9%), Tin (IV) oxide (Junsei, Chemial pure), Chromium (III) oxide (duksan, 99%)를 출발 원료로 하였다. Y₂Sn₂O₇의 Stannate 안료에서 발색단인 Cr₂O₃를 SnO₂에 치환시켰을 경우의 고용한계를 알아보기 위해 Table 1과 같이 Cr₂O₃의 첨가량을 각각 0.06 mole부터 0.12 mole까지 0.02 mole씩 변화하여 합성하였다.⁷⁾
그리고 Cr2O3가 0.12 mole과 0.14 mole 치환된 조성에서는 잉여의 Cr2O3가 존재하여 555 cm−1의 Cr2O3의 특성 밴드가 shoulder로 존재하는것을 확인하였다.
소성된 안료의 결정상 생성과 동정을 알아보기 위하여 X-선 회절분석(XRD 7000, Shimadzu)을 시행하고, 합성된 stannate 안료에 Cr의 고용관계를 알아보기 위하여 Raman spectroscopy (Dimention D2, Lambda Solution, Inc, U.S.A) 분석을 하였다. Raman spectrum은 vector raman probe (RP-532-US)를 사용하여 semiconductor 532 nm laser로 측정하였으며 spectral resolution은 3 cm⁻¹로 상온에서 실시하였다.
Raman spectrum은 vector raman probe (RP-532-US)를 사용하여 semiconductor 532 nm laser로 측정하였으며 spectral resolution은 3 cm⁻¹로 상온에서 실시하였다. 안료의 입형을 알아보기 위해 SEM (scanning electron microscopy, SS-550, Shimadzu) 관찰을 하였고, EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)로 안료에 원소들이 어떻게 분포하고 있는지를 살펴보았다.
시유된 시험편은 전기 가마(Siliconite furnace)에서 1260℃로 1시간 소성한 뒤 노냉하였다. 유약의 발색을 알아 보기위하여 UV-vis Spectrophotometer (2401-PC) 를 이용하여 시험편의 색상을 측정하였고, 사용된 유약의 Seger formular는 다음과 같다.
합성된 stannate 안료는 최종적인 색도 측정을 위해 lime-magnesia유 조합에 합성된 안료 6 wt%를 첨가 (Seger formular로 표시)하여 초벌구이한 백자 시험편에 시유하였다. 시유된 시험편은 전기 가마(Siliconite furnace)에서 1260℃로 1시간 소성한 뒤 노냉하였다.

대상 데이터

Pyrochlore-type의 stannate 안료를 합성하기 위해 Yttrium (III) oxide (junsei, 99.9%), Tin (IV) oxide (Junsei, Chemial pure), Chromium (III) oxide (duksan, 99%)를 출발 원료로 하였다. Y₂Sn₂O₇의 Stannate 안료에서 발색단인 Cr₂O₃를 SnO₂에 치환시켰을 경우의 고용한계를 알아보기 위해 Table 1과 같이 Cr₂O₃의 첨가량을 각각 0.

성능/효과

1) Stannate에 Cr을 고용시킨 안료의 최적 합성조건은 1500℃에서 3 h 유지하는 조건이며, 이때 치환된 Cr의 고용량은 0.1 mole%이다.
^15,16) 또한 370 nm~380 nm에서 나타나는 흡수밴드는 ⁴T_1g(F)→⁴T_1g(P)에서 의한 것으로 stannate 결정과 Cr(III) 이온 결합에 의해 생성된 것으로 모든 조성에서 매우 작은 밴드로 나타나 발색에서 큰 차이를 보이지 않았다.¹⁶⁾ Sn 대신하여 고용 치환되는 Cr의 양이 증가함에 따라 흡수밴드의 강도가 강해짐을 볼 수 있었다. PS-12와 PS-14의 주요 발색요인으로 stannate 결정과 Tanabe-sugano의 diagram에서 ⁴A_2g(F) →⁴T_2g, ⁴A_2g→⁴T_1g(F)의 Cr(III)에 의해 나타나는 흡수밴드 이외에 450 nm에서 나타나는 Cr(III)에 의한 흡수밴드를 보여 합성된 안료 내 고용된 Cr(III)의 양이 많음을 보였다.
2) 합성 안료의 SEM의 분석결과 입형은 Pyrochlore의 전형적인 형태인 Cubic이였으며, 평균 입경은 428 nm로 Sn 대신 Cr 치환량의 증가에 따라 이온 반경의 차이로 결정수축이 일어났다.
3) Cr이 0.1 mole% 고용된 안료를 Lime-magnesia 유약에 6% 첨가하여 실험한 결과 CIE L* 68.82, a* 3.07, b* 8.13으로 gray로 발색하였다.
3,4) Fig. 6의 결과를 보면 Cr2O3가 고용되면서 Stannate의 특성 밴드인 509 cm−1의 peak이 481.4 cm−1로 좌측으로 Shift되었다.
PS-12와 PS-14의 주요 발색요인으로 stannate 결정과 Tanabe-sugano의 diagram에서 4A2g(F) →4T2g, 4A2g→4T1g(F)의 Cr(III)에 의해 나타나는 흡수밴드 이외에 450 nm에서 나타나는 Cr(III)에 의한 흡수밴드를 보여 합성된 안료 내 고용된 Cr(III)의 양이 많음을 보였다.
1 mole 안료에서의 원소들의 분포도를 EDX 관찰한 결과를 나타낸 것이다. Pyrochlore-stannate 안료를 개발하면서 혼합된 원료들은 고용이 잘 되어 원소들이 한쪽으로 치우치지 않고 고른 분포도를 이루고 있음을 관찰 할 수 있었다.
5와 같다. Pyrochlore-stannate의 입형은 Cubic이며, Cr₂O₃가 0.06 mole 치환된 안료의 입경은 590 nm이였으며, Cr₂O₃가 0.10 mole 치환된 안료의 입경은 428 nm로 Cr₂O₃의 양이 늘어날 수록 결정의 수축이 일어나는 것을 관찰할 수 있었다.
1에 나타내었다. 그 결과 1400℃부터 Stannate 단일상이 나타났으며, 1300℃에서는 반응이 덜 된 Y₂O₃와 SnO₂ peak이 존재한 것을 확인하였다. 안료의 발색을 위해 Table 1과 같이 Cr₂O₃를 0.
3에 나타내었다. 그 결과 1400℃의 2차 상은 미반응된 물질들로 온도를 올려 소성하였을 때 모두 반응이 되어 Stannate의 단일상이 나타났으며, Cr₂O₃가 0.12 mole 치환된 조성부터 잉여된 미량의 Cr₂O₃가 존재함을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Pyrochlore Structure는 어떤 구조인가?	Pyrochlore Structure는 단순한 fluorite structure의 super structure로 파생된 구조로서 B-site에 근접한 tetrahedral의 틈 사이에 음이온이 존재하는 구조를 말한다. 일반적으로 A2B2O7의 공식으로 나타나며, A와B는 희토류 또는 전위원소로 이루어진다.
	Pyrochlore의 특징은 무엇인가?	13) 요즘 Pyrochlore-type 산화물은 광범위하게 적용되어 상당한 연구에 관심을 받고 있다. 특히, Pyrochlore는 좋은 촉매활동과 높은 열적 안정성, 장래성 있는 촉매연소의 특정 용도가 나타나며, 전도체, 촉매제, 형광체, 높은 온도의 안료의 용도로 쓰인다.6) 게다가 defect structure를 형성하여 Pyrochlore 격자에 A 또는 B Site에 dopant의 기능을 통합시켜 촉매를 활발히 개선하여 준다.
	Pyrochlore Structure를 나타내는 공식은 무엇인가?	Pyrochlore Structure는 단순한 fluorite structure의 super structure로 파생된 구조로서 B-site에 근접한 tetrahedral의 틈 사이에 음이온이 존재하는 구조를 말한다. 일반적으로 A2B2O7의 공식으로 나타나며, A와B는 희토류 또는 전위원소로 이루어진다.13) 요즘 Pyrochlore-type 산화물은 광범위하게 적용되어 상당한 연구에 관심을 받고 있다.

참고문헌 (16)

F. Matteucci, G. Crucini, M. Dondi, G. Baldi, and A. Barzanti, "Crystal Structural and Optical Properties of Cr-doped $Y_2Ti_2O_7$ and $Y_2Sn_2O_7$ Pyrochloes", Acta Mater., 55 2229-38 (2007).

상세보기
T. T. Zhang, K. W. Li, J. Zeng, Y. L. Wang, X. M. Song, and H. Wang, "Synthesis and Structural Characterization of a Series of Lanthanide Stannate Pyrochlores", J. Phys. Chem., 69 2845-51 (2008).
J. K. Lee, J. O. Kim, Y. H. Baek, J. S. Lee, B. H. Lee, and D. W. Shin, Ceramics Raw Mate Orials, pp. 3-424, Info-Tech Corea, Seoul, 1967.
H. J. Eo and B. H. Lee, "A Study on the Synthesis of Rutile-type Ceramic Pigments", J. Kor. Ceram. Soc., 48 [2] 178-82 (2011).

원문보기 상세보기
E. L. Navarrete, V. M. Orera, F. J. Lazaro, J. B. Carda, and M. Ocana, "Preparation through Aerosols of Cr-Doped $Y_2Sn_2O_7$ (pyrochlore) Red-Shade Pigments and Determination of Cr Oxidation State", J. Am. Ceram. Soc., 87 [11] 2108-13 (2004).
S. Park, H. J. Hwang, and J. H. Moon, "Catalytic Combustion of Methane Over Rare Earth Stannate Pyrochlore", Catal. Lett., 87 [3-4] 219-23 (2003).

상세보기
R. S. pavlov, V. B. Marza, and J. B. Carda, "New Red-shade Ceramic Pigments Basad on $Y_2Sn_{2-x}Cr_xO_{7-{\delta}}$ Pyrochlore Solid Solutions", J. Mater. Chem., 85 [5] 1197-202 (2002).
E. Cordoncillo , F. D. Rio, J. Carda, M. Llusar, and P. Escribano, "Influence of Some Mineralizers in the Synthesis of Sphene-pink Pigments". J. Eur. Ceram. Soc., 18 [8] 1115-20 (1998).

상세보기
N. Pailhe, M. Gaudon, and A. Demourgues, " $(Ca^{2+},V^{5+})$ Co-doped $Y_2Ti_2O_7$ Yellow Pigment", Mater. Res. Bull., 44 1771-77 (2009).

상세보기
R. S. Pavlov, V. B. Marza and J. B. Carda, "Electronic Absorption Spectroscopy and Colour of Chromium-doped Solids", J. Mater. Chem., 12 2825-32 (2002).

상세보기
A. M. Srivastava, "An Interpretation of the Optical Properties of $Cr^{4+}$ -activated Pyrochlores, $Y_2Ti_2O_7$ and $Y_2Sn_2O_7$ ", J. Lumin., 129 100-02 (2009).
A. M. Heyns and P. M. Harden, "A Preliminary Raman Study of the Pyrochlores $Y_2B_2O_7$ (B Sn,Ti) Co-doped with $V^{5+}$ and $Ca^{2+}$ ", J. Mater. Lett., 16 815-17 (1997).

상세보기
L. Minervini and R. W. Grimes, "Disorder in Pyrochlore Oxides", J. Am. Ceram. Soc., 83 [8] 1873-78 (2000).
P. J. Wilde and C. R. A. Catlow, "Defects and Diffusion in Pyrochlore Structured Oxides", Solid State Ionics., 112 173-83 (1998).

상세보기
G. Monros, H. Pinto, J. Badenes, M. Llusar, and M. A. Tena, "Chromium(IV) Stabilisation in New Ceramic Martices by Coprecipitation Method:Application as Ceramic Pigments", Z. Anorg. Allg. Chem., 631 [11] 2132-35 (2005).
A. Domnech, F. J. Torres, E. R de Sola, and J. Alarcn, "Electrochemical Detection of Hig Oxidation State of Chromium (IV and V) in Chromium-Doped Cassiterite and Tin-Sphene Ceramic Pigmenting Systems", Eur. J. Inorg. Chem., [3] 638-48 (2006).

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증