npsm 새물리 New Physics : Sae Mulli

pISSN 0374-4914 eISSN 2289-0041
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Article

Research Paper

New Phys.: Sae Mulli 2021; 71: 353-359

Published online April 30, 2021 https://doi.org/10.3938/NPSM.71.353

Copyright © New Physics: Sae Mulli.

Effect of Raw Material SiO2 Powder Size on the Crystallinity of Sr3SiO5:Eu(3+/2+)(4%) Phosphor and Optical Properties of Eu(3+/2+)

Purevdulam NANKHAI, Kiwan JANG*

Department of Physics, Changwon National University, Changwon 51140, Korea

Correspondence to:kwjang@changwon.ac.kr

Received: January 14, 2021; Revised: February 4, 2021; Accepted: February 5, 2021

We fabricated a series of Sr2.96SiO5:0.04Eu(2+/3+) phosphors by using powders of a raw-material, SiO2, with various grainsizes, and we studied the effect of grain particle size on optical properties, such as excitation and emission spectra of Eu(2+/3+) ions doped in Sr3SiO5 and the crystallinity of Sr2.96SiO5:0.04Eu(2+/3+). Some of the samples studied using x-ray diffiaction had the same crystal structure as that of the standard sample Sr3SiO5(JCPDS-260984), but the crystallinity and the optical properties of Sr2.96SiO5:0.04Eu(2+/3+) depended greatly on the size of the particles in the SiO2 powder. The studied Sr2.96SiO5:0.04Eu2+ phosphors showed the maximum emission intensity at 582 nm with a full width at half maximum of about 70 nm and had good excitation efficiencies in the 240-500 nm region. Thus, we can conclude that the combination of ultraviolet or blue LED chips with a Sr2.96SiO5:0.04Eu2+ phosphor can be used as a source of warm white light with many potential applications. Through this study, we experimentally confirmed that the fabrication of Sr2.96SiO5:0.04Eu2+ phosphors was very sensitive to the powder size of SiO2 raw material.

Keywords: Sr3Al2O5Cl2, Eu2+, Photoluminescence, Orange-red phosphor, White LED, Solid state reaction method, Reduction method

무기 결정질 물질에 첨가된 Eu2+ 에 대한 광학적 성질은 지난 수십년동안 많은 연구자들에 의해 연구되었으며, 현재도 활발히 연구되고 있다 [15]. 현재는 단일 무기 결정질 물질에 Eu2+ 를 첨가하여 제조된 형광체를 청색 LED 또는 U.V. LED와 결합하여 다양한 환경에서 소비자의 욕구를 충족하는 백색광원에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 가장 보편적으로 상용화되고 있는 백색광은 청색 LED에 노랑색 형광체인 Y3Al5O12:Ce3+(YAG:Ce3+)를 코팅하여 청색 LED로부터 나오는 청색과 YAG:Ce3+에서 나오는 노랑색의 빛을 결합하여 얻고 있다 [6,7]. 하지만, YAG:Ce3+ 형광체는 연색지수(colour rendering index:CRI) 가 낮아 차가운 느낌을 주므로 따듯한 느낌이 필요한 환경에서의 사용에 적합하지 못한 단점이 있다는 것은 잘 알려진 사실이다 [8].

형광체 제조에 사용되는 다양한 모체물질 중의 하나인 Sr3SiO5 에 첨가된 Eu2+ 의 최대발광 파장은 약 582 nm로서 청색 LED와 결합하면 따듯한 느낌을 주는 백색 LED로의 응용 가능성이 높은 것으로 알려져 있다.

본 논문에서는 모체물질 Sr3SiO5 에서 Si의 원료물질인 SiO2 분말의 크기가 Sr3SiO5:Eu2+ (4%) 시료의 제조 및 Sr3SiO5 에 광활성이온으로 첨가된 Eu(2+/3+) 의 발광특성에 미치는 영향을 측정, 분석 및 제조된 시료의 결정성에 대해 분석하였다.

본 연구에 사용된 시료들은 모두 고상반응법을 이용하여 제조하였으며, SrCO3, SiO2 및 Eu2O3 를 별도의 정제과정을 거치지 않고 화학양론적으로 측량한 원료물질들을 마노(agate) 막자사발에 넣어 완전히 혼합되도록 30분 이상을 혼합-연마하였다. 원료물질 중의 하나인 SiO2 분말입자의크기는 7 nm, 0.2 – 0.3 µm, 0.5 – 10 µm, 35 µm및 100 – 300 µm이었다.

균일하게 혼합된 시료들에 대한 1차 열처리는 공기 중에서 수행되었다. 즉, 공기 중의 실온에서 1,000 °C까지는 3 °C/min로 승온하여 4시간 유지한 후, 같은 승온속도로 1,400 °C까지 승온하여 4시간동안 유지하였다가 실온으로자연냉각시켰다.

공기 중에서 1차 열처리된 시료는 Eu3+ 가 광활성으로 첨가된 시료로 만들어지므로, Eu3+ 를 Eu2+ 로 환원시키기 위하여 질소(95%) 와 수소(5%) 의 혼합기체로 채워진 환원 분위기의 전기로에 넣은 다음, 5 °C/min의 승온속도로 1,200 °C까지 승온시켜 4시간 동안 유지시킨 후에 실온으로 자연냉각시켰다.

제조된 시료의 결정성은 40 kV Cu-Kα X-선 회절 분석기(X-Ray Diffractometer II, X’Pert PRO MPD-3040)를 이용하여 주사속도는 분당 2°, 산란각 (2θ)은 10° − 60° 까지 측정하였다. 또한 제조된 시료들의 여기 및 발광스펙트럼은 제논램프가 내장된 형광광도계(FP-8500, Jasco, JP)를 이용하여 측정하고 분석하였으며, 본 연구에 사용된 시료들은 Table 1과 같다.

Table 1 . Studied samples.

Sample No.Charge state of EuSource of SiRemark
Sample 1Sr3SiO5:Eu3+SiO2 powder having particle size 100 – 300 µmHeat treated in air
Sample 2Sr3SiO5:Eu3+SiO2 powder having particle size 35 µmsame as above
Sample 3Sr3SiO5:Eu3+SiO2 powder having particle size 0.5 – 10 µmsame as above
Sample 4Sr3SiO5:Eu3+SiO2 powder having particle size 0.2 – 0.3 µmsame as above
Sample 5Sr3SiO5:Eu3+SiO2 powder having particle size 7 nmsame as above
Sample 6Sr3SiO5:Eu2+SiO2 powder having particle size 100 – 300 µm2nd Heat treated in a reducing atmosphere
Sample 7Sr3SiO5:Eu2+SiO2 powder having particle size 35 µmsame as above
Sample 8Sr3SiO5:Eu2+SiO2 powder having particle size 0.5 – 10 µmsame as above
Sample 9Sr3SiO5:Eu2+SiO2 powder having particle size 0.2 – 0.3 µmsame as above
Sample 10Sr3SiO5:Eu2+SiO2 powder having particle size 7 nmsame as above


Eu2+ 가 첨가된 Sr3SiO5 형광체는 SrCO3, SiO2 및 Eu2O3 원료물질을 화학당량적으로 혼합하여 열처리를 통해 제조되는데 원료물질 중의 하나인 SiO2 분말의 크기에 따라최종적으로 얻어지는 시료의 Sr3SiO5:Eu(2+/3+) 의 광학적 특성이 매우 다르게 된다는 것을 본 연구를 통하여 처음으로 알게 되었다. 또한 Sr3SiO5 모체에 광활성제로 첨가되는 Eu 금속이온은 Eu3+ 가 화학적으로 안정되어 공기 중에서 열처리하면 Eu3+ 가 첨가된 Sr3SiO5 형광체가 제조된다. 따라서 1차적으로 제조된 시료들에 대한 결정성은 X-선 회절을 이용하여 분석하였으며, 분석결과를 Figure 1에 나타내었다. 원료물질을 균일하게 혼합하여 열처리된 시료는 아래와 같은 과정을 거쳐 Sr3SiO5:Eu(2+/3+)(4%) 형광시료가 제조되는 것으로 보고되고 있다 [9].

Figure 1. (Color online) X-ray diffraction patterns of the Eu3+ doped Sr3SiO5 samples including the standard data for Sr3SiO5.

SrCO3SrO+CO3
2SrO+SiO2Sr2SiO4
SrO+Sr2SiO4Sr3SiO5

Figure 1로부터 알 수 있듯이, 분말크기가 7 nm, 0.2 – 0.3 µm 및 0.5 – 10 µm인 SiO2 를 이용하여 제조된 시료들에 대한 결정성은 표준시료 Sr3SiO5 에 대한 결정상(JCPDS:260984)과 비교적 잘 일치하므로, 제조된 시료들은 정방정계 구조의 단일 결정상임을 알 수 있다. 이는 광활성제로 소량 첨가되는 Eu3+ 이온들이 결정구조에 영향을 거의 미치지 않는다는 것을 의미한다. 하지만, 분말입자의 크기가 35 µm 및 100 – 300 µm의 SiO2 분말을 사용하여 제조한 시료들은 순수 정방정계 구조를 가지는 Sr3SiO5 결정으로 제조되지 않았다. 열처리 온도가 1,300 °C이상에서는 순수 정방정계의 순수 Sr3SiO5:Eu2+ 의 시료가 얻어졌음을Ho Seong Jang 등이 보고하였는데, 이들이 사용한 SiO2 의 분말크기 및 냉각속력에 대한 정보는 알려지지 않았 [10].

본 연구를 통하여 분말크기가 7 nm, 0.2 – 0.3 µm 및 0.5 – 10 µm인 SiO2 를 이용하여 제조한 조건과 동일한 조건으로 분말크기가 35 µm 및 100 – 300 µm의 SiO2를 사용하여 제조하는 경우에 순수 정방정계 구조를 가지는 Sr3SiO5:Eu2+ 시료를 제조할 수 없다는 것을 알 수 있었다. Wang Xiaochun 등은 Sr3SiO5:Eu2+ 의 시료는제조시의 열처리 조건에 매우 민감하다는 것을 보고하였다 [11]. 즉, 원료물질을 혼합하여 1400, 1450, 1500 °C로 가열하였다가 20 °C/min의 비율로 냉각하면 안정된 Sr3SiO5:Eu2+ 의 시료를 얻을 수 있지만, 천천히 냉각하면 고온에서 형성된 Sr3SiO5 시료가 1,250 °C에서 α,β-Sr2SiO4 (JCPDS:391256, 380271) 와 SrO로 분리된다고 보고하였는데 이들이 사용한 SiO2 의 분말크기에 대한 정보는 없다 [11]. 하지만 Zhijun Wang 등은 1,350 °C의 수소(5%)와 질소(95%)의 환원분위기에서 열처리하여 실온으로 천천히 냉각한 후, 1,500 °C의 환원분위기에서 12시간 열처리하여 순수 Sr3SiO5:Eu2+ 의 시료를 제조하였다고 보고하였다 [12].

본 연구에서 분말크기가 35 µm 및 100 – 300 µm의 SiO2 물질을 사용하여 제조된 시료는 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 순수 Sr3SiO5 구조를 가지지 않고 α, β-Sr2SiO4와 Sr3SiO5 결정이 혼합된 시료가 얻어졌다. 즉, Fig. 1을 보면 약 30°부분에서 강한 피크들이 보이는데, 이는α-Sr2SiO4(JCPDS:391256), β- Sr2SiO4(JCPDS-380271) 그리고 Sr3SiO4 (JCPDS-260984)결정들이 혼재되어 있기 때문이다. 분말크기가 35 µm 및 100 – 300 µm인 시료에 대한 XRD에서 (*)로 표시된 피크들은 Sr3SiO4 결정에 기인한다. (*)로 표시된 피크들의 크기가 SiO2 의 분말크기가 100 – 300 µm인 시료에서는 상대적으로 감소함을 볼 수 있다. 한편 (↘)표로 표시된 34.8° 부분에 나타나는 강한 피크는 고온에서 형성된 Sr3SiO5 시료가 1,250 °C에서 α, β-Sr2SiO4 (JCPDS:391256, 380271)와 SrO로 분리된다고 Wang Xiaochun 등이 보고한 바와 같이 시료 내에 존재하는 SrO에 기인한다고 판단된다. SrO에 기인한 XRD의 주요피크는 2θ = 30.09, 34.89 및 50.18 등에서 관측된다(JCPDS-750263). 참고로 SiO2 결정에 대한 2개의 주요 피크들은 20.8° 와 26.6° 에서 존재하며, α-SiO2 의 경우에는 21.8° 와 27.7° 에 존재하므로 (↘)표로 표시된 피크가 반응하지 않고 시료에 존재하는 SiO2 분말에 기인한다고 보기에는 어려움이 있다. 반면에 분말크기가 7 nm, 0.2 – 0.3 µm 및 0.5 – 10 µm인 SiO2 를 이용하여 제조된 시료는 순수 Sr3SiO5 결정성을 가지는 Sr3SiO5:Eu3+(4%)시료로 얻어졌다. 참고로 Figure 1은 공기 중에서의 열처리를 통하여 Eu3+ 가 광활성제로 첨가된 시료들에 대한 XRD 패턴이다. 하지만, 환원분위에서의 2차 열처리를 통하여 Eu3+ 가 Eu2+ 로 환원되어도 XRD 패턴은 변하지 않아 본 논문에는 나타내지 않았다.

Figure 2(a, b)는 254 nm의 빛을 시료에 조사하여 측정된 시료들에 대한 Eu3+ 의 발광스펙트럼(Photoluminescence spectra: PL)이다. 원료물질 중의 하나인 SiO2 의 분말크기에 따라 발광스펙트럼의 모양은 유사하지만 최대 발광세기가 약 13배 차이가 발생하였다. Figure 2(a)는 동일조건으로 측정한 발광스펙트럼을 나타낸 것이고, Figure 2(b)는 최대발광세기로 규격화한 것이다. Figure 2(b) 에서와 같이 발광스펙트럼의 모양이 유사한 이유는 Eu3+ 의 발광스펙트럼이 4f-4f 천이에 기인하여 Eu3+ 이온 주위의 영향을 크게 받지 않기 때문이다. 하지만, 발광효율의 차이는 전하이동밴드(CTB)의 효율에 기인하는 것으로 판단된다. 한편, 분말크기가 7 nm, 0.2 – 0.3 µm인 SiO2 를 사용하여 제조된 시료 4,5의 발광스펙트럼이 동일하고 100 – 300 µm 및 35 µm의 SiO2 를 사용하여 제조된 시료 1,2의 발광스펙트럼이 동일하지만, Eu3+ 에 기인한 최고 발광효율을 보이는 5D07F2 천이를 나타내는 위치가 장파장 쪽으로 약 4 nm이동하였음을 보여주고 있다. 또한 0.5 – 10 µm의 SiO2를 사용하여 제조된 시료 3은 시료 4,5에 비하여 장파장 쪽으로 약 9 nm 이동하였음을 보여주고 있다. 5D07F2 천이는 전기쌍극자 천이로서 주변 환경에 매우 민감한 것으로 알려져 있다. 이를 바탕으로 본다면, 시료 1 – 3의 경우에 Eu3+ 의 주변환경이 시료 4 – 5에 비하여 서로 다르다는 것을 알 수 있으며, 이는 XRD 데이터와 일치한다. 하지만, 5D07F4 천이를 나타내는 708 nm에서의 최대발광위치는 오히려 단파장 쪽으로 약 6.1 nm 이동하였다.

Figure 2. (Color online) Emission spectrum(a) and normal-ized emission spectrum(b) of the Eu3+ doped in Sr3SiO5 samples.

254 nm의 빛은 전하이동밴드(CTB)에 해당하는 여기파장이다. 전하이동밴드는 Eu3+ 가 리간드의 O2−와 결합하는 경우에 O2− 로부터 1개의 전자가 Eu3+ 로 이동하여 Eu2+−O−(Eu-O 결합)을 형성하면서 일어나는 것으로 알려져 있다 [13]. 전하이동밴드는 모체물질의 종류 및 Eu3+ 의 주변환경에 의존하게 되는데, 이처럼 원료물질의 분말입자크기에 따라 제조된 시료의 결정 내에서의 미세차이에의해 발생되었다고 판단된다. 하지만, 분말입자의 크기가 7 nm, 0.2 – 0.3 µm 및 0.5 – 10 µm인 SiO2 로 제조된 시료에 대한 XRD 측정결과는 동일하므로, 발광효율의 차이에 대한 근본적인 원인에 대해서는 보다 이론 및 실험적인 연구가 필요하다고 판단한다.

Jang 등은 실리케이트 기반의 모체물질 중의 하나인 Li2SrSiO4 내에 첨가된 Eu3+ 의 발광효율이 Si의 원료물질인 SiO2 의 분말크기 및 Si의 원료물질에 매우 의존적이며 SiO2 의 분말크기가 수 nm인 경우에 발광효율이 본 연구에서 보여주는 바와 같이 극히 저조하다는 것을 보고하였다 [14]. 이러한 결과가 다양한 실리게이트 기반의 모든 모체물질에 첨가된 Eu3+ 에 대해 일어나는 공통적인 결과인지에 대해서는 보다 체계적인 연구가 이뤄져야 될 것으로 판단한다.

Figure 3(a, b, c) 는 제조된 시료들에 대한 Eu2+ 의 여기(photoluminescence excitation: PLE) 및 발광스펙트럼(PL)을 나타낸 것이다. 582 nm에서 모니터링하면서 측정한 여기스펙트럼은 230 – 550 nm의 매우 넓은 영역에 걸쳐 분포하였다(Figure 3(a)참조). 이는 상용화된 UV 및 청색 InGaN LED 칩을 이용하여 효율적인 여기가 가능하다는 것을 의미한다. Eu2+ 에 기인한 발광스펙트럼은 Figure 3(b)와 같이 470 nm와 582 nm에서 최대발광을 보이고 있는데, 이는 Sr자리에 치환되는 Eu2+ 의 사이트(site)가 2개 존재한다는 것을 의미한다.

Figure 3. (Color online) Excitation spectra(a), emission spectra(b) and normalized emission spectra(c) of the studied samples.

Zhijun Wang 등은 Eu2+ 의 농도가 낮으면, 470 nm(Eu1 밴드) 와 582 nm(Eu2 밴드) 의 발광배드가 관측되다가Eu2+ 의 농도가 0.01몰 농도(Sr3−xSiO5에서 x = 0.01)보다 높아지면 Eu1 밴드에 기인한 발광이 사라지고 Eu2 밴드에 기인한 발광만이 나타난다고 보고하였다 [12]. 하지만, Eu2+ 의 농도가 x = 0.04인 본 연구에서는 Eu1 밴드와 Eu2 발광밴드가 동시에 관측되었다. 발광효율이 가장 좋은 최적의 Eu2+ 농도에 대해서는 연구자마다 약간의 차이를 보이고 있다. Zhijun Wang 등은 최적의 농도로 x = 0.01로 보고하였고 [12], Qiyue Shao 등은 x = 0.03, 그리고 김현호 등은 x = 0.05라고 보고하였다 [15,16].

230 – 500 nm영역에서의 여기스펙트럼은 [Xe]4f7 전자배열을 가지는 Eu2+8S7/2 의 기저상태에서 [Xe]4f65d1의 여기상태로 전기쌍극자 천이에 기인하는 것으로 알려져 있다. 한편 Sr3SiO5 의 에너지 밴드 갭은 6.0 eV인 것으로 보고된 바 있으며 [17], 이를 파장으로 표현하면 207 nm에 해당한다. 따라서 Figure 3(a)에서 여기파장이 205 nm 부분에서의 여기효율증가는 1차적으로 모체물질을 구성하고 있는 전자가 전도대로 여기된 후, 가전자대로 떨어지면서 발생된 에너지에 의해 Eu2+ 를 여기시키기 때문인 것으로 판단된다.

SiO2 의 입자크기가 300 nm이하인 원료물질로 제조된 시료 9와 10에서는 Eu2+ 에 기인한 전형적인 발광스펙트럼이 얻어짐을 보이고 있다. 하지만, SiO2 의 입자크기가 0.5 – 10 µm인 원료물질로 제조된 시료 8에서는 시료 9, 10과 유사한 발광스펙트럼을 보여주지만(Fig. 2(c) 참조), 광활성이온으로 첨가된 Eu3+ 의 일부가 환원분위기에서의 2차 열처리 과정을 통하여 Eu2+ 로 환원되지 않았음을 보여주고 있다. 또한 SiO2 의 입자크기가 35 µm이상인 원료물질로 제조된 시료 6과 7은 모체물질이 Sr3SiO5 의 구조가 아닌 α,β-Sr2SiO4 로 제조되었음을 보여주고 있다. [11]

Figure 4(a)는 밴드 1,2에 대한 여기스펙트럼을 나타낸 것으로 밴드 1에 대해서는 220 – 420 nm, 그리고 밴드 2에 대해서는 220 – 400 nm까지의 비교적 넓은 영역의 여기특성을 보이고 있다. Figure 4(b)는 밴드 1과 2에 대해 비교적 여기효율이 좋은 340 nm의 빛으로 여기시켰을 때의 발광스펙트럼이다. 반면에 Figure 4(c) 는 밴드 1에 대해서는 비교적 여기효율이 적은 400 nm로 여기시켜 얻은 발광스펙트럼을 나타낸 것으로 밴드 1에 기인한 발광스펙트럼이 사라지고 밴드 2에 기인한 발광스펙트럼이 얻어짐을 알 수있다. 이러한 현상은 시료 9와 10에서 동일하게 관측되었다. Zhijun Wang 등은 Sr3−xSiO5:xEu2+ 에 대한 연구에서 x = 0.015의 시료에서는 밴드 1이 사라진다고 보고하였다 [12].

Figure 4. (Color online) Emission (a, b) and excitation spectrum (c) of the Eu2+ doped in Sr3SiO5 host materi-als prepared with nanosized SiO2 particle.

Figure 4(a – c)에서 보여준 결과에 근거하면, Si3SiO5 모체에 광활성제로 소량 첨가된 Eu2+ 는 결정학적으로 2개의 서로 다른 사이트의 Sr자리에 치환된다는 것을 알 수있다. Figure 4(c) 와 비교를 통해 밴드 1이 α, β-Sr2SiO4에 첨가된 Eu2+ 에 기인한 발광이라고 생각할 수 있는데, 이를 증명하기 위하여 Zhijun Wang 등은 Eu2+ 에 기인한발광감쇄시간의 측정을 통하여 밴드 1 및 밴드 2가 서로 다른 감쇄시간을 가지면서 단일 지수함수모양의 감쇄특성을 보인다고 보고하였다. 이러한 사실로부터 Si3SiO5모체에 첨가되는 Eu2+ 는 결정학적으로 2개의 서로 다른 사이트의 Sr자리에 치환된다는 것을 알 수 있다 [12]. 밴드2에 대한 발광스펙트럼의 선폭은 약 74 nm(full-width at half maximum (FWHM))인데, 이러한 발광선폭의 크기는 Zhijun Wang 등이 보고한 결과와 같다 [12]. 밴드 2에기인한 발광스펙트럼은 청색 LED와 결합되어 상용화된 YAG:Ce3+ 의 최대 발광파장인 550 nm보다 약 30 nm 장파장 쪽으로 이동되어 보다 따뜻한 느낌의 백색광을 내는백색광원으로의 활용 가능성이 제기된다.

제조된 시료에 대한 전자주사현미경(Scanning electron microscope:SEM) 사진을 Figure 5에 나타내었는데, 부분적으로 녹으면서 입자의 크기가 약 1 µm인 입자들이 서로 결합된 구조를 보이고 있다. 이처럼 녹아 붙은 구조는 SrO-SiO2 상그림(phase diagram)에서 공융점(etectic temperature) 이 1,330 °C인 점을 고려하면 이해가 된다. 이러한 형상은 Y. Nakamura 등이 약 7 nm의 SiO2 분말을 사용하여 제조한 시료들과 유사한 특징을 보이고 있다 [9]. Figure 5(a) 는 분자크기가 7 nm인 SiO2 를 사용하여 제조된 시료이며, Figure 5(b)는 분자크기가 100 – 300 µm인 SiO2 를 시용하여 제조된 시료이다. 이러한 특징은 다른 크기의 SiO2 를 사용하여 제조된 시료에서도 유사한 특징을 보였다.

Figure 5. SEM images of Sr3SiO5:Eu2+ phosphor prepared with 7 nm(a) 100 – 300 µm(b) particle size SiO2 at 1,400 °C for 4 hour.

원료물질중의 하나인 SiO2 분말의 크기가 제조된 Sr3SiO5:Eu(3+/2+)(4%)의 결정구조 및 광학적 특성에 미치는 효과를 분석하여, 최적의 Sr3SiO5:Eu2+(4%)물질을 제조하는 조건을 찾아보았다. 본 연구를 통하여 원료물질 중의 하나인 SiO2 의 분말크기가 제조된 Sr3SiO5: Eu(3+/2+)(4%) 에 기인한 발광 및 여기 스펙트럼에 매우큰 영향을 미친다는 것이 밝혀졌다.

단일결정의 Sr3SiO5:Eu2+ 시료는 SiO2 분말의 크기가 약 300 nm이하인 시료를 사용하여 제조할 수 있었으나, 분말 크기가 35 µm 및 100 – 300 µm인 SiO2 를 사용하는 경우에는 Sr2SiO4 와 α, β-Sr3SiO5 결정이 혼합된 시료가 얻어졌다. 특히 Sr3SiO5:Eu2+시료에 대한 광학적 특성의 경우에 연구자들에 따라 약간씩 서로 다른 결과들이 보고되는 점을 고려하면, 시료제조가 매우 까다롭다는 것을 알 수 있었다.

또한 Sr3SiO5 에 광활성이온으로 첨가된 Eu2+ 의 발광스펙트럼은 470 nm와 582 nm영역에서의 발광특성을 보이고 있어 Eu2+ 이온들이 2개의 서로 다른 사이트에 존재함을 알 수 있었다.

본 연구는 한국연구재단 일반연구자 지원사업 (NRF-2018R1D1A1B07043099) 의 지원에 의해 이뤄졌으며, 지원에 감사드립니다.

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