PUKYONG

이터븀 기반 몰리브덴산염계 결정에 도핑된 희토류 이온의 형광 및 상방전환 특성 연구

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Alternative Title
Optical and upconversion spectroscopy of ytterbium - based molybdates
Abstract
The phosphors of KLn(MoO4)2 (Ln = Gd, Yb) doped with Eu3+, Tb3+, Tm3+ ions were prepared by solid state reaction method. The luminescence properties of the samples are investigated by optical and laser-excitation spectroscopy based on the analysis of the excitation, emission and upconversion spectra. Substitution of Eu3+ for Yb3+ changes the host structure from orthorhombic KGd(MoO4)2 to triclinic KEu(MoO4)2 in KGd1-XEux(MoO4)2. Tm3+ - doped KYb(MoO4)2 lattices form solid solution up to the concentration of 100 mol%. Doping of KGd1-x-yYbxTmy(MoO4)2 by Yb3+ ions gives rise to single phase up to the concentration of 10 mol% in the lattices. When the doping concentration of Yb3+ increases over 30 mol% the phase transforms from KGd(MoO4)2 to KYb(MoO4)2 in the KGd1-x-yYbxTmy(MoO4)2. The excitation spectra for monitoring the 5D0 – 7F2 emission of Eu3+ show broad Mo6+ - O2- CT bands with maxima centered around 220 nm and band edges at around 360 nm. The sharp peaks from 360 nm to 500 nm are ascribed to the intra-configurational 4f – 4f transitions of Eu3+ in the host lattices. The optical absorption bands due to the self-trapped exciton transition of the (MoO4)2- group are observed in the excitation spectra obtained by monitoring Tb3+ emission suggesting that the energy transfer occurs from (MoO4)2- groups to Tb3+ in the KGd1-xTbx(MoO4)2. The upconversion emissions of the KYb1-xTmx(MoO4)2 and KGd1-xYbxTm0.001(MoO4)2 samples are investigated in the wavelength range 400 ~ 850 nm under excitation at 975 nm. The 475 nm blue, 651 nm and 685 nm red emissions are observed and those relative intensities depend strongly on Yb3+ concentration. The upconversion processes are discussed in relation to energy transfer and energy diffusion among Yb3+ and Tm3+ ions.
Author(s)
김인수
Issued Date
2015
Awarded Date
2015. 8
Type
Dissertation
Publisher
부경대학교 대학원
URI
https://repository.pknu.ac.kr:8443/handle/2021.oak/12694
http://pknu.dcollection.net/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000002071118
Alternative Author(s)
Kim In Soo
Affiliation
물리학과
Department
대학원 물리학과
Advisor
서효진
Table Of Contents
Abstract ix
1. 서론 1
2. 이론적 배경 4
2.1. 희토류 이온의 특성 4
2.1.1. 3가 희토류 이온의 4f - 4f 전이 4
2.1.2. 4f - 5d 전이와 전하전달 전이 6
2.1.3. Eu3+ 이온의 분광학적 특성 8
2.1.4. Tb3+ 이온의 분광학적 특성 10
2.1.5. Yb3+ 이온의 분광학적 특성 12
2.2. 형광체의 에너지 전달 13
2.3. 다중 격자 이완 18
2.4. 상방전환 형광 과정 19
2.4.1. 여기 상태 흡수 (Excited State Absortion : ESA) 19
2.4.2. 에너지 전달 상방전환 (Energy Transfer Upconversion : ETU) 21
2.4.3. 광자 사태 (Photon Abalanche : PA) 24
2.4.4. 상호협동 형광 (cooperative luminescence) 25
2.4.5. 상호협동 증감 (cooperative sensitization) 26
2.5. 교차이완과 농도소광 27
2.6. 결정 구조 29
2.6.1. KGd(MoO4)2의 결정 구조 29
2.6.2. KYb(MoO4)2의 결정 구조 31
3. 실험방법 33
3.1. 시료 합성 33
3.2. X-선 회절 측정 36
3.3. 여기 및 방출 스펙트럼 측정 37
3.4. 레이저 분광 측정 39
3.5. 상방전환 분광 측정 41
4. 결과 및 논의 43
4.1. TG – DTA 측정 및 분석 43
4.2. 형광체의 X - 선 회절 분석 45
4.3. KLn(MoO4)2:Eu3+ (Ln = Gd, Yb)의 분광특성 53
4.3.1. KGd1-xEux(MoO4)2의 여기 및 방출 스펙트럼 53
4.3.2. KYb1-xEux(MoO4)2의 여기 및 방출 스펙트럼 67
4.4. KLn(MoO4)2:Tb3+ (Ln =Gd, Yb)의 분광특성 72
4.4.1. KGd1-xTbx(MoO4)2의 여기 및 방출 스펙트럼 72
4.4.2. KYb1-xTbx(MoO4)2의 여기 및 방출 스펙트럼 76
4.5. KYb(MoO4)2 : Eu3+, Tb3+의 IR 영역의 스펙트럼 79
4.6. KYb1-xTmx(MoO4)2의 상방전환 형광 특성 81
4.6.1. 상방전환 형광 방출 스펙트럼 81
4.6.2. KYb1-xTmx(MoO4)2의 입사광 세기 의존성 88
4.7. KGd1-x-yYbxTmy(MoO4)2 (y = 0.001, 0.02)의 상방전환 형광 특성 95
4.7.1. 상방전환 형광 방출 스펙트럼 95
4.7.2. KGd1-x-yYbxTmy(MoO4)2의 입사광 세기 의존성 100
5. 결론 108
참고 문헌 111
Degree
Doctor
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