[논문]Eu3+ 이온이 첨가된 바나듐산염의 형광특성 연구

강연희; 윤창용

doi:10.7742/jksr.2019.13.3.445

Eu3+ 이온이 첨가된 바나듐산염의 형광특성 연구
A Study on the Luminescence Properties of Eu3+ Ions Doped Vanadate 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.13 no.3, 2019년, pp.445 - 451

강연희 (부경대학교 BK21플러스 MIBT 인력양성사업단) , 윤창용 (동남권원자력의학원 핵의학과)

초록
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형광체 내 모체로 사용될 때 활성 이온 주위에 분포하여 형광 특성에 많은 영향을 미치는 알칼리 토금속인 $Ba^{2+}$ 이온을 기반으로 하는 바나데이트 화합물인 $Ba_2GdV_3O_{11}$에 희토류 이온 $Eu^{3+}$를 첨가하여 형광 강도 및 형광 수명을 연구하였다. 고상법을 이용하여 $Ba_2GdV_3O_{11}:Eu^{3+}$ 형광체를 합성하였으며 X선 회절 분석을 통하여 형광체의 결정성을 확인하였다. $Ba_2GdV_3O_{11}:Eu^{3+}$ 형광체의 형광특성은 광학 및 레이저를 이용하여 측정하였다. $Ba_2GdV_3O_{11}:Eu^{3+}$ 형광체의 에너지 전이와 확산은 $Eu^{3+}$의 농도에 크게 의존한다. $Eu^{3+}$의 농도가 낮을 때 CT 밴드로의 강한 형광을 보이나 $Eu^{3+}$의 농도가 높아질수록 4f - 4f 전이에 의한 형광이 강하게 나타난다. $Eu^{3+}$ 이온의 농도 증가로 인해 이온 간의 에너지가 확산되어 형광의 수명시간은 감소하였다. 에너지 전이는 낮은 $Eu^{3+}$ 농도에서 두 $Eu^{3+}$ 이온 사이에서 발생하며 에너지 확산은 높은 $Eu^{3+}$ 농도에서 크게 발생한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The fluorescence intensity and fluorescence lifetime of $Ba_2GdV_3O_{11}$, a vanadate compound based on $Ba^{2+}$ ion, were investigated by adding $Eu^{3+}$ as a rare earth ion which is an alkaline earth metal, which is distributed around active ions and has a large influence on fluorescent properties when used as a host in a phosphor. $Ba_2GdV_3O_{11}:Eu^{3+}$ phosphor was synthesized by solid state method and the crystallinity of the phosphor was confirmed by X - ray diffraction analysis. The fluorescence properties of the $Ba_2GdV_3O_{11}:Eu^{3+}$ phosphor were measured using optical and laser. The energy transfer and diffusion of the $Ba_2GdV_3O_{11}:Eu^{3+}$ phosphor are highly dependent on the concentration of $Eu^{3+}$. When the concentration of $Eu^{3+}$ is low, it shows strong fluorescence to the CT band. However, as the concentration of $Eu^{3+}$ increases, the fluorescence due to 4f - 4f transition is strong. The concentration of $Eu^{3+}$ ion increased and the energy between ions was diffused, and the lifetime of fluorescence decreased. Energy transfer occurs between two $Eu^{3+}$ ions at low $Eu^{3+}$ concentration and energy diffusion occurs at high $Eu^{3+}$ concentration.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. The XRD patterns of Ba₂GdV₃O₁₁:xEu³⁺. (x = 0.1% ~ 100%)
그림 Fig. 2. Excitation spectra and emission spectra of the Ba₂GdV₃O₁₁:(10%)Eu³⁺.
표 Table 1. Wavelength and energy of excitation transition
표 Table 2. Wavelength and energy of emission transition
그림 Fig. 3. (a) Excitation spectra of Ba₂GdV₃O₁₁:xEu³⁺ (x = 0.1%~100%) monitoring at 619 nm. (b) Excitation intensities of CT band and 4f⁷ lines in wavelength regions 200~350 nm and 350~500 nm, respectively.
그림 Fig. 4.
그림 Fig. 5. (a) Decay curve of the Ba₂GdV₃O₁₁:Eu³⁺ (λ_ex = 266 nm, λ_em =618 ), (b)Life time of the ⁵D₀ → ⁷F₂.

AI 본문요약
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문제 정의

[12-13] 이에 본 연구에서는 알칼리 토금속인 Ba은 양이온 상태로 형광체 내 모체로 사용될 때 활성 이온 주위에 분포하여 형광 특성에 많은 영향을 미치는 Ba2+ 이온을 기반으로 하는 바나데이트 화합물인 Ba2GdV3O11에 희토류이온 Eu3+를 첨가하여 형광 특성 및 형광 수명을 연구하였다.

제안 방법

Eu3+ 이온의 농도는 0.1, 1, 5, 10, 30, 50, 70, 100 mol%로 첨가하였다.
Eu3+ 이온이 첨가된 시료의 XRD 패턴은 PDF(powder diffraction file) 카드 Ba2GdV3O11 (No. 45-0097)과 비교하였다.
여기 스펙트럼 측정은 합성된 분말 시료를 스펙트럼 측정용 홀더에 샘플을 넣고 챔버 내에 홀더를 고정하여 외부의 빛이 유입되지 않게 챔버 문을 닫은 후 빛의 양을 조절하면서 필터를 사용하여 측정하였다. 방출 스펙트럼은 여기 스펙트럼으로부터 얻어진 파장을 관찰하여 여기 및 방출 스펙트럼을 측정하였다. 형광의 수명시간을 측정하기 위해 Nd-YAG(Spectron laser systems, model: SL800) 펄스 레이저 266 nm를 이용하여 수명시간을 측정하였다.
본 연구에서는 고상법을 이용하여 Ba2GdV3O11:Eu3+ 형광체를 합성하였다.
모든 시료는 실온에서 전처리 과정 없이 측정하였다. 여기 스펙트럼 측정은 합성된 분말 시료를 스펙트럼 측정용 홀더에 샘플을 넣고 챔버 내에 홀더를 고정하여 외부의 빛이 유입되지 않게 챔버 문을 닫은 후 빛의 양을 조절하면서 필터를 사용하여 측정하였다. 방출 스펙트럼은 여기 스펙트럼으로부터 얻어진 파장을 관찰하여 여기 및 방출 스펙트럼을 측정하였다.
여기 스펙트럼은 619 nm (Eu3+ 이온의 5D0 → 7F2) 형광을 관찰하여 측정하였다.
합성된 시료의 형광 특성을 측정하기 위하여 제논 아크 (Xe-arc) 램프를 광원으로 한 PTI (Photon technology international-U.S.A.)를 사용하여 여기 및 방출 스펙트럼을 측정하였다. 모든 시료는 실온에서 전처리 과정 없이 측정하였다.
방출 스펙트럼은 여기 스펙트럼으로부터 얻어진 파장을 관찰하여 여기 및 방출 스펙트럼을 측정하였다. 형광의 수명시간을 측정하기 위해 Nd-YAG(Spectron laser systems, model: SL800) 펄스 레이저 266 nm를 이용하여 수명시간을 측정하였다.
형광체의 결정성과 구조 조사를 위해 X-선 회절 분석 XRD(X-Ray Diffraction)을 이용해 측정하였다. X - 선은 파장 1.
희토류 이온 Eu3+ 가 첨가된 Ba2GdV3O11 형광체를 합성하고 형광특성을 연구하였다.

대상 데이터

X - 선은 파장 1.5405 Å의 Line Focus 3KW Cu-Kα 선을 이용하였으며 니켈 필터를 통과하여 2 Theta 방식으로 측정하여 시료를 조사하였다.
사용된 원료물질은 BaCO3 (Sigma-Aldrich, 99%), Gd2O3 (Sigma-Aldrich, 99.95%) NH4VO3 (Sigma-Aldrich, 99%), Eu2O3 (Sigma-Aldrich, 99.95%)이다.
4는 Ba₂GdV₃O₁₁:Eu³⁺ 형광체의 Eu³⁺ 이온의 농도에 따른 방출 스펙트럼이다. 여기파장은 393 nm 이고 550 nm 부터 750 nm까지 측정하였다. 각 스펙트럼에서 유도 쌍극자 전이에 해당하는 ⁵D₀ → ⁷F₂ 전이에 의한 619 nm에서 가장 강한 피크를 보이며 ⁵D₀ → ⁷F₀ 전이에서 578 nm, ⁵D₀ → ⁷F₁ 전이에서 589 nm, ⁵D₀ → ⁷F₂ 전이에서 619 nm, ⁵D₀ → ⁷F₃ 전이에서 655 nm, ⁵D₀ → ⁷F₄ 전이에서 703 nm의 방출 피크를 보였다.

데이터처리

5405 Å의 Line Focus 3KW Cu-Kα 선을 이용하였으며 니켈 필터를 통과하여 2 Theta 방식으로 측정하여 시료를 조사하였다. 시료의 결정성을 분석하기 위해 PDF 카드와 비교 분석하였다.

성능/효과

393 nm로 여기 시킨 방출 스펙트럼에서 7D0 → 7FJ (J=0, 1, 2, 3, 4) 전이의 피크들이 관찰되었으며 617 nm에서 5D0 → 7F2 전이가 가장 강하게 나타났다.
Ba2GdV3O11:Eu3+ 형광체의 여기 및 방출 스펙트럼을 통하여 O2에서 Eu3+의 CT 전이는 Eu3+ 농도에 크게 의존하는 것을 확인했다.
Eu3+ 이온의 농도가 증가하여도 새로운 불순물 상이 형성되지 않았고 농도 100 mol%까지 단일상을 형성하며 고용체를 이루는 것을 확인하였다.
X선 회절 분석을 통하여 Eu3+ 농도 변화에도 형광체의 결정성이 유지되는 것을 확인하였다.
각 스펙트럼에서 유도 쌍극자 전이에 해당하는 5D0 → 7F2 전이에 의한 619 nm에서 가장 강한 피크를 보이며 5D0 → 7F0 전이에서 578 nm, 5D0 → 7F1 전이에서 589 nm, 5D0 → 7F2 전이에서 619 nm, 5D0 → 7F3 전이에서 655 nm, 5D0 → 7F4 전이에서 703 nm의 방출 피크를 보였다.
방출 스펙트럼에서 유도 쌍극자 전이에 해당하는 5D0 → 7F2 전이에 의한 619 nm에서 가장 강한 피크를 보였으며 Eu3+의 농도에 따른 형광강도는 50mol%까지 증가하다가 농도소광에 의해 감소하였다.

후속연구

따라서 에너지 이동은 Eu³⁺ 농도에 따라 발생하며 낮은 Eu³⁺ 농도에서 두 Eu³⁺ 이온 간에 에너지 전달이 강하게 나타나고, Eu³⁺ 이온들 사이의 에너지 확산은 높은 Eu³⁺ 농도에서의 에너지 전달 과정에서 나타나게 된다. Eu³⁺ 이온이 첨가된 바나데이트 화합물의 연구를 통하여 중요한 적색 발광 형광체의 에너지 전달에 의한 형광특성을 이용한 디스플레이 및 조명 개발 및 새로운 형광체개발에 사용될 수 있을 것이다.
이러한 VO43- 그룹은 첨가된 Eu3+ 이온으로의 효과적인 에너지 전달로 인해 형광강도를 향상시킬 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	MASH 팬텀이란 무엇인가?	MASH 팬텀이란 의학 및 방사선학 등의 연구를 위해 소프트웨어로 설계한 해부학 모델로써, 물체를 다각형으로 이루어진 면으로 나타내는 polygon mash 기법이 사용되었다. 이러한 MASH 팬텀은 기존에 사용되었던 Medical internal radiation dose (MIRD5) 수학 팬텀보다 더 개선된 인체 유사성을 가지고 있으며, 팬텀을 사용함으로서 인체의 자세와 조사 조건의 변화에 대한 변수의 통제를 통해 피실험자의 피폭을 방지할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
	노이제 제거를 위해 제안된 non local means (NLM) 알고리즘의 제한점은 무엇인가?	그러나 앞서 언급된 기존의 노이즈 제거 알고리즘의 경우 영상처리 후 영상윤곽에 대한 선예도가 감소되어 blurring effect가 나타나는데 이는 영상의 질을 감소시키는 주된 원인이다.[9,10]이러한 기존의 노이즈 제거 알고리즘에서 발생되는 단점을 보완하기 위해 영상 내 인접 화소들의 강도 및 상대적인 거리를 이용하여 영상의 윤곽선은 유지함과 동시에 윤곽 내부의 값들을 평활화 할 수 있는 non local means (NLM) 알고리즘[11]이 제시되었으나 많은 연산에 따른 비효율 적인 시간제약으로 인해 시간분해능이 떨어지는 제한점이 발생되었다.
	전산화단층촬영장치 (CT; Computed Tomography)의 단점은 무엇인가?	[1,2] 특히, X-ray 기반의 전산화단층촬영장치 (CT; Computed Tomography)[3] 는 짧은 시간에 인체의 단면을 촬영해 영상을 얻는 장치로서 획득한 단층 영상은 다양한 각도로 체내 조직의 모습을 정확히 살펴볼 수 있다는 장점을 가지고 있다. 하지만 영상을 획득하는 과정에서 선원과 검출기간의 전기적 오류, 피사체로 인한 산란선 그리고 디지털 신호를 image화 하는 과정 등 여러 요인으로 인해 noise가 발생된다.[4,5] 이러한 노이즈는 환자의 병변 진단에 있어 정확성을 저하시키는 요인으로 작용하기 때문에 영상 내 노이즈를 제거하는 것은 필수적인 과정으로 자리 잡았다.

참고문헌 (13)

U. Rambabu, D. P. Amalnerkar, B. B. KaleS. Buddhud, "Fluorescence spectra of $Eu^{3+}$ - doped $LnVO_4$ (Ln La and Y) powder phosphors," Materials Research Bulletin, Vol. 35, No. 6, pp. 929-936, 2000.

상세보기
H. J. Seo, C. W. Park, "Property of Optical Spectroscopy on the Lanthanum Tungstate doped $Eu^{3+}$ Ion," Journal of the Korean Society of Radiology, Vol. 9, No. 1, pp. 39-45, 2015.

원문보기 상세보기
L. Qin, D. L. Wei, Y. Huang, C. Qin, P. Cai, S. I. Kim, H. J. Seo, "Ortho-vanadates $K_3RE(VO_4)_2$ (RE La, Pr, Eu, Gd, Dy, Y) for near UV-converted phosphors" Materials Chemistry and Physics, Vol. 147, No. 3, pp. 1195-1203, 2014.

상세보기
C. Mu, J. He, "Synthesis and luminescent properties of Rare Earth ( $Eu^{2+}$ , $Tb^{3+}$ ) doped $Ba_3(PO_4)_2$ nanowires by chemical precipitation in nanochannels," Materials Letters, Vol. 70, pp. 101-104, 2007.
J. Y. Je, "Fluorescence Characteristics of $Gd_2O_2S$ : $Tb^{3+}$ Intensifying Screen According to Increase of Tube Voltage," Journal of the Korean Society of Radiology, Vol. 8, No. 5, pp. 260-264, 2014.
R. Schmechel, M. Kennedy, H. V. Seggern, "Luminescence properties of nanocrystalline $Y_2O_3$ : $Eu^{3+}$ in different host materials," Journal of Applied Physics, Vol. 89, No. 3, pp. 1679-1686, 2001.

상세보기
Y. C. Kang, H. S. Roh, S. B. Park, "Preparation of $Y_2O_3$ :Eu Phosphor Particles of Filled Morphology at High Precursor Concentrations by Spray Pyrolysis," Advanced Materials, Vol. 12, No. 6, pp. 451-453, 2000.

상세보기
S. K. Hussain, T. T. Giang, J. S. Yu, "UV excitation band induced novel $Na_3Gd(VO_4)_2$ : $RE^{3+}$ ( $RE^{3+}$ $Eu^{3+}$ or $Dy^{3+}$ or $Sm^{3+}$ ) double vanadate phosphors for solid-state lightning applications," Journal of Alloys and Compounds, Vol. 739, No. 30, pp. 218-226, 2018.

상세보기
B. N. Mahalley, S. J. Dhoble, R. B. Pode, G. Alexander "Photoluminescence in $GdVO_4$ : $Bi^{3+}$ , $Eu^{3+}$ red phosphor," Applied Physics A Materials Science & Processing, Vol. 70, No. 1, pp. 39-45, 2000.

상세보기
K. C. Park, S. I. Mho, "Photoluminescence properties of $Ba_3V_2O_8$ , $Ba_3(1-x)Eu_2xV_2O_8$ and $Ba_2Y_{2/3}V_2O_8$ : $Eu^{3+}$ ," Journal of Luminescence, Vol. 122-123, pp. 95-98, 2007.

상세보기
C. Qin, Y. Huang, H. J. Seo, "Structure and Luminescence of New Red-Emitting Materials- $Eu^{3+}$ -Doped Triple Orthovanadates $NaALaVO_4)_2$ (A Ca,Sr,Ba)," Journal of the American Ceramic Society, Vol. 96, No. 4, pp. 1181-1187, 2013.

상세보기
T. Nakajima, M. Isobe, T. Tsuchiya, Y. Ueda, T. Manabe, "Correlation between Luminescence Quantum Efficiency and Structural Properties of Vanadate Phosphors with Chained, Dimerized, and Isolated $VO_4$ Tetrahedra," The journal of physical chemistry. C, Vol. 114, No. 11, pp. 5160-5167, 2010.

상세보기
K. Riwotzki, M. Haase, "Colloidal $YVO_4$ :Eu and $YP_{0.95}V_{0.05}O_4$ :Eu Nanoparticles: Luminescence and Energy Transfer Processes," The journal of Physical Chemistry B, Vol. 105, No. 51, pp. 12709-12713, 2001.

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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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