본 연구에서는 장잔광성 $SrAl_2O_4:Eu^{2+},\;Dy^{3+}$ 단결정을 베르누이법으로 성장시켰다. 성장된 $SrAl_2O_4:Eu^{2+},\;Dy^{3+}$ 단결정은 지름이 5 mm, 길이는 55 mm이다. 상온(300 K)과 저온(15 K)에서 각각 photoluminescence를 측정한 결과, 상온에서는 ${\lambda}=526nm$에서만 나타났으나, 저온에서는 454nm 영역과 526nm 영역에서 발광피크를 나타내었다. 이는 형광도료로 사용되는 분말과 유사한 결과이다. 결정성장 시 적외선 광고온계로 녹는점을 측정한 결과는 $1968^{\circ}C$였다. 결정을 성장시키는 최적의 조성은 $SrCO_3:Al(OH)_3:Eu_2O_3:Dy_2O_3$ = 1 : 2 : 0.015 : 0.02이고 $H_2:O_2$의 혼합비는 약 4 : 1이다. 성장속도는 시간당 5mm이다. 성장된 단결정의 결정구조는 XRD로 측정하였다.
$Eu^{2+}$-doped ${SrAl_2}{O_4}$ and $Eu^{2+}$, $Dy^{3+}$ co-doped ${SrAl_2}{O_4}$ phosphors have been synthesized by conventional solid state method. Photocurrent properties of $Eu^{2+}$ doped ${SrAl_2}{O_4}$ and $Eu^{2+}$, $Dy^{3+}$ co-doped ${SrAl_2}{O_4}$ phosphors, in order to elucidate $Dy^{3+}$ co-doping effect, during and after ceasing ultraviolet-ray (UV) irradiation have been investigated. The photocurrent of $Eu^{2+}$, $Dy^{3+}$ co-doped ${SrAl_2}{O_4}$ phosphors during UV irradiation was 4-times lower than that of $Eu^{2+}$-doped ${SrAl_2}{O_4}$ during UV irradiation, and 7-times higher than that of $Eu^{2+}$-doped ${SrAl_2}{O_4}$ after ceasing UV irradiation. The photocurrent results indicated that holes of charge carriers captured in hole trapping center during the UV irradiation and liberated after-glow process, and made clear that $Dy^{3+}$ of co-dopant acted as a hole trap. The photocurrent of ${SrAl_2}{O_4}$ showed a good proportional relationship to UV intensity in the range of $1{\sim}5mW/cm^2$, and $Eu^{2+}$-doped ${SrAl_2}{O_4}$ was confirmed to be a possible UV sensor.
Both photoluminescence and thermal characteristics for $SrAl_2O_4:Eu^{+2},\;Dy^{+3}$ phosphors synthesized with various aluminum compounds (${\alpha}-Al_2O_3$, ${\gamma}-Al_2O_3$, amorphous-$Al_2O_3$ and $Al(OH)_3)$ were investigated in this study. The formation temperature of the host $SrAl_2O_4$ crystal is changed by these various aluminum compounds, as a result of the different thermal decomposition temperature of $SrCO_3$ phase. Among these compounds, the amorphous-$Al_2O_3$ phase shows the lowest formation temperature of the host $SrAl_2O_4$ crystal. The PL emission and excitation spectra of $SrAl_2O_4:Eu^{+2},\;Dy^{+3}$ phosphor are not affected by these aluminum compounds. After the removal of the Xenon lamp excitation (360 nm), however, the excellent longphosphorescent property of the phosphor is obtained by the amorphous-$Al_2O_3$ phase, although the decay time for all phosphors decrease exponentially.
고상반응법과 착체중합법 두 합성법에 의해 합성된 $SrAl_2O_4:Eu^{2+}$, $Dy^{3+}$ 축광성 형광체 분말의 특성을 비교 분석하였다. 열적 안정성을 평가하기 위해 산업 도자 제조공정에서 사용되는 열처리 조건($1250^{\circ}C$, 1시간 유지, LPG 환원분위기)을 적용하여 고상반응법과 착체중합법으로 합성된 $SrAl_2O_4:Eu^{2+}$, $Dy^{3+}$ 축광성 형광체 분말의 열처리 전후의 축광 특성변화를 관찰하였다. 두 합성법으로 합성된 분말과 고온 열처리 전후의 분말은 XRD 분석을 통해 결정구조 및 결정자 크기변화를 확인하였고, SEM과 PSA 분석을 이용하여 미세구조 및 입자 크기 변화를 관찰하였다. Spectrofluorometer 분석을 통해 $SrAl_2O_4:Eu^{2+}$, $Dy^{3+}$ 축광성 형광체의 여기 및 발광 특성, 장잔광 특성 변화를 확인하였다.
A $SrAl_2O_4:Eu^{2+},Dy^{3+}$ phosphor powder with stuffed tridymite structure was synthesized by glycine-nitrate combustion method. The luminescence, formation process and microstructure of the phosphor powder were investigated by means of X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and photoluminescence spectroscopy (PL). The XRD patterns show that the as-synthesized $SrAl_2O_4:Eu^{2+},Dy^{3+}$ phosphor was an amorphous phase. However, a crystalline $SrAl_2O_4 $ phase was formed by calcining at $1200^{\circ}C$ for 4h. From the SEM analysis, also, it was found that the as-synthesized $SrAl_2O_4:Eu^{2+},Dy^{3+}$ phosphor was in irregular porous particles of about 50 ${\mu}m$, while the calcined phosphor was aggregated in spherical particles with radius of about 0.5 ${\mu}m$. The emission spectrum of as-synthesized $SrAl_2O_4:Eu^{2+},Dy^{3+}$ phosphor did not appear, due to the amorphous phase. However, the emission spectrum of the calcined phosphor was observed at 520 nm (2.384eV); it showed green emission peaking, in the range of 450~650 nm. The excitation spectrum of the $SrAl_2O_4:Eu^{2+},Dy^{3+}$ phosphor exhibits a maximum peak intensity at 360 nm (3.44eV) in the range of 250~480 nm. After the removal of the pulse Xe-lamp excitation (360 nm), also, the decay time for the emission spectrum was very slow, which shows the excellent longphosphorescent property of the phosphor, although the decay time decreased exponentially.
$SrAl_2O_4$:$Eu^{2+}, Dy^{3+}$ 축광성 형광체의 합성에 있어서 $B_2O_3$는 일반적으로 고상반응의 촉진을 위한 플럭스로서 첨가된다. 본 연구에서는 플럭스로 첨가되는 $B_2O_3$가 $SrAl_2O_4$:$Eu^{2+}, Dy^{3+}$ 형광체의 결정구조 및 잔광 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 합성된 $SrAl_2O_4$:$Eu^{2+}, Dy^{3+}$ 형광체는 520nm에서 최대 피크를 갖는 폭넓은 발광 스펙트럼을 나타내었고, $B_2O_3$ 첨가량의 5wt%일 때 최대값을 나타내었다. $B_2O_3$의 첨가에 의해 $SrAl_2O_4$:$Eu^{2+}, Dy^{3+}$ 결정 내부에는 균일 변형(uniform strain)이 발생하였고 이 결과로 결정격자의 a축과 c축의 길이 및 $\beta$각이 감소하여다. 그리고 $SrAl_2O_4$ 결정내부의 균일 변형은 $Eu^{2+}$이온의 여기과정에서 발생하는 정공(hole)의 포획 사이트인 음이온 결함(negative defect)을 다량 발생시키는 원인이 되고, 결과적으로 $SrAl_2O_4$:$Eu^{2+}, Dy^{3+}$ 결정의 잔광 특성을 향상시키는 것으로 생각되었다.
[ $SrAl_2O_4:Eu^{2+},\;Dy^{3+}$ ] phosphor was synthesized using the impregnation method, and its photoluminescence and long-afterglow properties were investigated, A mixture of $Sr(NO_3)_2,\;Al(NO_3)_2\;9H_2O,\;EuCl_3\;6H_2O,\;DyCl_3\;6H_2O,\;NdCl_3\;6H_2O$ salts were dissolved in distilled water and impregnating into the polymer precursor. After drying, the impregnated mixture was heat treated at $900-1400^{\circ}C$ for 2h in a $N_2-H_2$ reduction atmosphere. The microstructure and crystal structure of the $SrAl_2O_4:Eu^{2+},\;Dy^{3+}$ powders were examined by scanning electron microscopy and X-ray diffraction, respectively. The photoluminescence spectra showed an excitation band along over wide wavelength of 250-450nm, and a broaden emission with a maxima peak at 360nm. In addition, the spectra also showed a good long after glow that decayed over a 1000sec period after 10 min excitation illumination.
융제(flux)로서 $B_2O_3$의 농도를 0-10 wt%까지 변화시킨 $SrAl_2O_4$ : $Eu^{+2}$, $Dy^{+3}$계 장잔광 형광체를 고상반응법으로 합성한 후, $B_2O_3$의 첨가량에 따른 결정특성과 장잔광 축광재료로서 가장 중요한 발광 및 장잔광 특성을 조사하였다. $SrAl_2O_4$ : Eu$^{+2}$, $Dy^{+3}$계 형광체는 $B_2O_3$의 농도에 관계없이 520nm 파장을 최대 발광파장으로 하는 발광스펙트럼을 나타내었고, 3wt%의 $B_2O_3$ 농도에서 최대 발광강도를 나타내었다. 그리고 $SrAl_2O_4$ : Eu$^{+2}$, $Dy^{+3}$ 형광체의 잔광강도 역시 $B_2O_3$의 농도에 무관하게 시간에 따라 모든 시료에서 지수 함수적으로 감소하였으나, $B_2O_3$의 농도가 3wt%인 경우에 발광의 감쇠속도가 작은 뛰어난 장잔광특성을 나타내었다.
Oxide phosphorescent phosphor has an wide application in ceramic art and decoration due to its chemical and mechanical properties. Here, phosphorescent properties of strontium aluminate phosphor ($SrAl_2O_4:Eu^{2+}$, $Dy^{3+}$) emitting yellowish-green light was investigated with thermal treatment at $1250^{\circ}C$ under air and reducing atmosphere. The characterizations of thermally treated samples were analyzed using X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), fluorescence spectrometer. $SrAl_2O_4:Eu^{2+}$, $Dy^{3+}$ still showed a good phosphorescent properties after annealing process in reducing atmosphere, while phosphorescence of $SrAl_2O_4:Eu^{2+}$, $Dy^{3+}$ annealed in air seriously degraded, due to oxidation of $Eu^{2+}$ to $Eu^{3+}$ ions. It was also observed that $SrAl_2O_4:Eu^{2+}$, $Dy^{3+}$ annealed in reducing atmosphere emitted yellowish-green light during 3 h after being exposed to sunlight.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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