PUKYONG

희토류 이온이 도핑된 삼성분 붕산염 형광체의 합성 및 분광학 특성

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Alternative Title
Synthesis and spectroscopic properties of ternary borates doped with rare earth ions.
Abstract
The phosphors of KBaY(BO3)2 and NaBaY(BO3)2 doped with Eu3+ and Dy3+ ions were prepared by solid state reaction method. The phase formations were confirmed by the X-ray diffraction. Excitation and emission spectra together with time-resolved spectra were obtained by Xe-lamp and pulsed UV laser excitation at room temperature. Eu3+- and Dy3+-doped KBaY(BO3)2 lattices form solid solution up to the concentration of 100 mol%, while Eu3+- and Dy3+-doped NaBaY(BO3)2 forms single phase only up to 50 mol% Eu3+ concentration. The charge transfer (CT) band of Eu3+ peaking at 270 nm shifts to longer wavelength by increasing Eu3+ concentration. The change in peak wavelength of the CT band is about 15 nm from 0.05 to 100 mol% of Eu3+ concentration in NaBaY(BO3)2 and KBaY(BO3)2. The red shift of CT band with increasing Eu3+ concentration indicates that the energy difference between the bottom of valence band and the ground state of Eu2+ in NaBaY(BO3)2 and KBaY(BO3)2 and becomes smaller at high Eu3+ concentratin. The excitation intensity of the 4f-4f transition in the wavelength region 400-550 nm obtained by monitoring the 618 nm emission increases gradually from 0.05 to 100 mol%, while different behavior is observed for the CT band which has maximum intensity at 20 mol%. This is because the cross relaxation occurs efficiently at high Eu3+ concentration. The decay curves are single exponential for Eu3+ concentration up to 20 mol% and then the decays become nonexonential the the Eu3+ concentration higher than 20 mol% indicating that energy diffusion occurs efficiently among Eu3+ ions. The Dy3+-doped NaBaY(BO3)2 and KBaY(BO3)2 exhibit strong emission line at 581 nm due to the 4F9/2 → 6H13/2 transition. Differently from Eu3+-doped NaBaY(BO3)2 and KBaY(BO3)2, the Dy3+-doped samples exhibit the maximum intensity of the Dy3+-emission at the Dy3+-concentration of 5 mol%. The result is responsible for the cross relaxation effect which is not occurs for Dy3+-doped samples.
Author(s)
조지환
Issued Date
2015
Awarded Date
2015. 2
Type
Dissertation
Publisher
부경대학교
URI
https://repository.pknu.ac.kr:8443/handle/2021.oak/12257
http://pknu.dcollection.net/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000001967876
Affiliation
부경대학교 대학원
Department
대학원 물리학과
Advisor
서효진
Table Of Contents
목 차
Abstract ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ xv
1. 서 론 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 1
2. 이론적 배경 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 4
2-1 형광 방출 및 에너지 전달 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 4
2-2 에너지 전달 모형 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 12
2-3 방사전이와 전이확률 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 16
2-4 형광의 감쇄(Decay) ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 20
2-5 희토류 이온의 분광학적 특성 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 22
2-5-1 Eu3+ 이온의 특성 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 25
2-5-2 Dy3+ 이온의 특성 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 27
2-6 교차이완과 농도소광 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 29
2-7 KBaY(BO3)2와 NaBaY(BO3)2 결정 구조 ∙∙∙∙∙∙∙ 33
2-7-1 KBaY(BO3)2의 결정 구조 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 33
2-7-2 NaBaY(BO3)2의 결정 구조 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 36
3. 분광학 실험방법 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 38
3-1 시차열분석법(DTA) 측정원리 및 측정방법 ∙∙∙ 38
3-2 X-선 회절분석(XRD) 측정 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 41
3-3 여기 및 방출 스펙트럼 측정 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 42
3-4 레이저 분광 측정 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 44
3-5 수명시간 측정 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 46
4. 시료합성 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 47
4-1 고상법에 의한 형광체 합성 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 47
5. 결과 및 논의 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 49
5-1 KBaY(BO3)2와 NaBaY(BO3)2 시차열분석 ∙∙∙∙∙∙ 49
5-2 KBaY(BO3)2와 NaBaY(BO3)2 XRD분석 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 51
5-2-1. Eu3+, Dy3+ 이온이 첨가된 KBaY(BO3)2 형광
체의 XRD 분석 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 51
5-2-2. Eu3+, Dy3+ 이온이 첨가된 NaBaY(BO3)2 형광
체의 XRD 분석 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 56
5-3. KBaY(BO3)2:Eu3+ 형광체의 분광학 측정 및
분석 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 61
5-3-1 여기 및 방출 스펙트럼 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 61
5-3-2 KBaY(BO3)2:Eu3+ 형광체의 Eu3+ 농도에 따른
여기 및 방출 스펙트럼 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 66
5-3-3 KBaY(BO3)2:Eu3+ 형광체의 Eu3+ 농도에 따른
시간 분해 스펙트럼 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 80
5-4 NaBaY(BO3)2:Eu3+ 형광체의 형광특성 ∙∙∙∙∙∙∙ 85
5-4-1 여기 및 방출 스펙트럼 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 85
5-4-2 NaBaY(BO3)2:Eu3+ 형광체의 Eu3+ 농도에 따른
여기 및 방출 스펙트럼 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 89
5-4-3 NaBaY(BO3)2:Eu3+ 형광체의 Eu3+ 농도에 따른
시간 분해 스펙트럼 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 100
5-5 KBaY(BO3)2:Dy3+ 형광체의 형광특성 ∙∙∙∙∙∙∙∙ 105
5-5-1 여기 및 방출 스펙트럼 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 105
5-5-2 KBaY(BO3)2:Dy3+ 형광체의 Dy3+ 농도에 따른
여기 및 방출 스펙트럼 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 109
5-5-3 KBaY(BO3)2:Dy3+ 형광체의 Dy3+ 파장과 농도
에 따른 시간 분해 스펙트럼 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 115
5-6 NaBaY(BO3)2:Dy3+ 형광체의 형광특성 ∙∙∙∙∙∙∙ 119
5-6-1 여기 및 방출 스펙트럼 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 119
5-6-2 NaBaY(BO3)2:Dy3+ 형광체의 Dy3+ 농도에 따른
여기 및 방출 스펙트럼 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 123
5-6-3 NaBaY(BO3)2:Dy3+ 형광체의 Dy3+ 파장과 농도
에 따른 시간분해 스펙트럼 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 128
6. 결 론 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 132
참 고 문 헌 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 134
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