Preparation of Y2O2:Eu Red Phosphor by Sol-Gel and Calcination Process

솔-젤 및 소성공정에 의한 이트륨-유로퓸계 적색형광체 제조

  • Yoon, Ho-Sung (Mineral & Materials Processing Division, Korea Institute of Geoscience & Mineral Resources) ;
  • Kim, Chul-Joo (Mineral & Materials Processing Division, Korea Institute of Geoscience & Mineral Resources) ;
  • Jang, Hee Dong (Mineral & Materials Processing Division, Korea Institute of Geoscience & Mineral Resources)
  • 윤호성 (한국지질자원연구원 자원활용소재연구부) ;
  • 김철주 (한국지질자원연구원 자원활용소재연구부) ;
  • 장희동 (한국지질자원연구원 자원활용소재연구부)
  • Received : 2008.01.28
  • Accepted : 2008.02.14
  • Published : 2008.06.30

Abstract

In this study sol-gel and combustion process was surveyed for the preparation of the red $Y_2O_3$: Eu phosphor, and the properties of phosphor was considered. Chelation and hydrolysis in amorphous citrate sol-gel process were completed in initial reaction stage, and water-forming condensation was superior to organic acid-forming condensation. The mole ratio of citric acid to metal ion had to be above to for the progress of sol-gel process. The dried gel powders are mostly amorphous, and crystallize completely at $700^{\circ}C$, and the crystallinity increases with increasing calcining temperature. The luminescence property of the phosphor was analyzed by measuring the emission spectra. The luminescence intensity increases when the calcination temperature and concentration of metal ions in solution increase.

본 연구에서는 이트륨과 유로퓸 질산수용액으로부터 솔-젤 및 연소공정에 의한 적색 형광체를 제조함에 있어, 솔-젤반응의 고찰을 통한 반응메카니즘을 해석하고, 제조된 적색형광체의 특성을 알아보고자 하였다. 무정형 구연산염 솔-젤 반응은 반응 초기에 킬레이트화 반응과 가수분해 반응이 완료되었으며, 가수분해의 진행에 따라 축합중합반응은 유기산 형성 축합중합 보다는 물 형성 축합중합반응이 더 우세하였다. 솔-젤 반응의 진행을 위해서는 이트륨(유로퓸 포함)과 젤화 작용제인 구연산 몰 비는 1 : 2 이상이 필요하였다. 솔-젤과 건조과정을 거쳐 얻은 젤 분말의 열분석 결과 형광체를 얻기 위한 소성온도는 $700^{\circ}C$ 이상이 되어야 하며, 젤 분말의 소성 시 소성온도가 증가함에 따라 생성되는 형광체의 결정도가 향상되었으며, 결정립 크기가 증가하였다. 제조된 형광체의 발광특성 분석 결과, 출발용액 내 금속이온(이트륨 및 유로퓸)의 농도, 그리고 소성온도가 증가할수록 발광세기가 증가하였다.

Keywords

Acknowledgement

Grant : 광물자원으로부터 나노소재의 원료물질 제조기술 개발

Supported by : 한국지질자원연구원

References

  1. Park, H. D., Kang, Y. C., "Research Trend of Phosphors," CHEMWORLD, 5(2002)
  2. Han, S. D. et al., "Study on Synthesis and Application of Nano Phoshors Doped with Rare Earth Ions," KIER Technical Report (2005)
  3. Brinker, C. J., et al., "Sol-Gel Science," Academic Press(1990)
  4. Pechini, M. P., "Method of Preparing Lead and Alkaline Earth Titanates and Niobates and Coating Method Using The Same to Form A Capacitor," United States Patent Office 3,330,697(1967)
  5. Yang, et al., "Synthesis of $Nd_2O_3$ Nano Powders by Sol-Gel Auto-Combustion and their Catalytic Esterification Activity," Materials Chemistry and Physics, 84, Issue 1, pp. 52-57(2004) https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2003.09.042
  6. Griesmar, P., et al., "Kinetic Study of Silicon Alkoxides Gelation by Acoustic and Rheology Investigation," J. of Non-crstallization Solids, 319, 57-64(2003) https://doi.org/10.1016/S0022-3093(02)01957-9
  7. Ch. L. Robert et al., "Powder Synthesis of Nanocrystalline $ZrO_2-8%\;Y_2O_3$ Via a Polymerization Route," Materials Research Bulletin 36, 2083-2101(2001) https://doi.org/10.1016/S0025-5408(01)00723-1