보고서 정보
주관연구기관 |
동국대학교 DongGuk University |
연구책임자 |
장치준
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2019-11 |
과제시작연도 |
2019 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO202000002578 |
과제고유번호 |
1345303033 |
사업명 |
개인기초연구(교육부)(R&D) |
DB 구축일자 |
2020-07-29
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키워드 |
나노결정.투명 세라믹.신틸레이팅.미세구조.광특성.이트륨알루미늄가넷.
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초록
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□ 연구개요
본 연구의 목표는 형태와 크기가 조절된 희토류(rare earth:RE) 금속이 도핑된 YAG 나노 결정을 합성하여 투명 신틸레이팅 세라믹(Transparent scintillating ceramics, TSC)인 YAG:RE 세라믹을 제작하고, 투명 세라믹의 소결 및 성장과정의 시뮬레이션을 통한 새로운 성장 메커니즘을 제시하고, TSC의 미세구조에 따른 신틸레이팅 광물리적 특성의 상관관계를 규명하여, 우수한 투명도와 발광효율을 갖는 투명 세라믹 소재를 개발하고 다양한 응용성을 제시하는 것이다.
□ 연
□ 연구개요
본 연구의 목표는 형태와 크기가 조절된 희토류(rare earth:RE) 금속이 도핑된 YAG 나노 결정을 합성하여 투명 신틸레이팅 세라믹(Transparent scintillating ceramics, TSC)인 YAG:RE 세라믹을 제작하고, 투명 세라믹의 소결 및 성장과정의 시뮬레이션을 통한 새로운 성장 메커니즘을 제시하고, TSC의 미세구조에 따른 신틸레이팅 광물리적 특성의 상관관계를 규명하여, 우수한 투명도와 발광효율을 갖는 투명 세라믹 소재를 개발하고 다양한 응용성을 제시하는 것이다.
□ 연구 목표대비 연구결과
• YAG의 전구체와 열수소화분해법을 이용하여 합성 온도, 반응 시간, 용매의 종류, 계면활성제의 유무, 도핑 희토류 농도에 따른 입자의 크기, 형상, 결정면이 다른 YAG 나노결정을 성장하였다. 합성 조건에 따라 {100}, {110} 결정면의 분포가 달랐으며, 최적화된 합성 조건을 확보하여 수 um 크기의 균일한 결정면을 지닌 YAG 결정을 성장하였으며, 형태, 크기, 결정면의 분포를 SEM, XRD, FT-IR로 분석하였다. 또한, 이론적 계산을 통한 결정 형성 에너지를 계산으로 각 결정면 형성 조건에 따른 표면에너지 최소화 방향으로 결정면이 형성됨을 확인하였다.
• 합성시간과 도핑 농도에 따른 합성된 YAG:Ce 나노결정의 PL 스펙트럼 측정을 통해 광물리적 특성을 조사하여, YAG:Ce의 주 발광 파장의 원인을 규명하였으며, 청색광 LED chip에 삽입하여 기존의 발광체 물질에 비해 높은 발광효율을 보임을 확인하였으며, 합성된 결정이 백색광 구현을 위한 파장의 발광색을 나타내므로, 이의 발광소자 응용에 적합함을 보고했다.
• 합성된 나노결정을 기초로 하여 고압, 고온에서 고체상태반응법을 이용하여 Mg, Si 도핑된 YAG:Ce 신틸레이팅 세라믹을 제작하여 구조적, 광학적 특성을 조사한 결과, 순수 YAG와 유사한 결정구조를 지니며, grain 크기가 큰 대면적의 Mg, Si도핑된 YAG:Ce 세라믹을 제작하였다. 도핑 원소의 비에 따른 grain 투과도와 발광 파장이 300에서 500nm로 변화함을 확인하였다. 투명 신틸레이팅 세라믹에서 발광 특성은 Ce3+ 이온에서 4f 으로의 ²F2g 전이, 4f 으로의 ²Eg 전이에 따라, 다른 파장의 발광이 나옴을 분석하였다. 한편, 다른 신팅레이팅 세라믹으로 Ga이 포함된 YAGG:Ce 세라믹을 유사한 방법으로 제작한 결과, 녹색광이 발광되는 투명한 세라믹을 제작하여, 백색광 발광 소자 응용에 적합함을 제시하였다.
□ 연구개발결과의 중요성
• 본 연구에서 개발된 고품질의 YAG:Ce 나노 결정과 신틸레이팅 세라믹은 높은 세기의 발광과 도핑 원소의 농도에 따라 발광 파장의 조절이 가능한 투명 세라믹으로써, 본 연구의 결과는 고체물리학, 재료공학, 세라믹 제조, 신틸레이팅 물질 분야의 연구의 기초자료로 중요한 역할이 기대된다.
• 또한 우수한 구조적, 발광적 특성으로 이를 활용한 고체 발광체, 디스플레이, 고에너지 물리학의 검출기, 의료 영상 시스템, 환경, 보안 모니터일 시스템의 핵심 소재로의 제품 개발의 중요한 자료로 활용이 기대된다.
• 특히, 본 연구의 세라믹 성장방법 및 과정에서 grain 크기 조절, 형상, 분포에 따른 세라믹 성장 메커니즘의 규명과 구조와 광물리적 특성의 상관관계에 관한 연구결과는 발광 활성자의 투명 세라믹구조에서의 전자 천이, 발광 메커니즘 규명에 활용 될 것이다.
(출처 : 요약문 2p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 연구결과 요약문 ... 2
- 목차 ... 3
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
- (1) 연구개발의 필요성 ... 3
- (2) 연구목표 ... 4
- (3) 연구범위 ... 5
- 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
- (1) 형상 제어된 단 분산 YAG:RE 나노결정 합성 및 결정상 분석 연구 결과 ... 5
- (2) 계면활성제 Na2SO4 함량 및 pH 값에 따른 단결정 YAG의 형상 및 grain 크기 최적화 연구결과 ... 6
- (3) YAG:RE 나노 결정의 핵형성 및 성장 메커니즘 규명 연구 ... 6
- (4) YAG 결정면 분석 및 이론적 계산연구 결과 ... 7
- (5) YAG:Ce3+ 나노 결정의 광∙물리적 특성 및 투명 신틸레이팅 결정의 설계 연구 결과 ... 7
- (6) Mg2+, Si2+ 도핑된 YAG:Ce 투명 세라믹의 Ce3+ 발광의 red-shift 특성 연구 결과 ... 8
- (7) 고체발광 응용을 위한 고 발광효율의 YAGG:Ce 투명 세라믹 제작 연구 결과 ... 8
- 3. 연구개발결과의 중요성 ... 9
- 4. 참고문헌 ... 9
- 5. 연구성과 ... 10
- 끝페이지 ... 11
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