합성공정이 Ba₂SiO₄:Eu²⁺ 형광체 분말의 합성과 발광특성에 미치는 영향

Effects of the Preparation Process on the Synthesis and the Luminescence of Ba₂SiO₄:Eu²⁺ Phosphor Powders

졸-겔법 및 졸-겔법과 연소법을 함께 사용한 하이브리드법으로 각각 얻어진 건식 젤을 열처리하여 $Ba_2SiO_4:Eu^{2+}$ ($B_2S:Eu^{2+}$) 분말을 합성하였으며, 이들 공정에 따른 구조 및 발광 특성 변화를 조사 하였다. Si 공급원으로서는 tetraethyl orthosilicate (TEOS)를 사용하였다. 졸-겔법에 의한 건식 젤로 하소 과정 없이 합성한 경우 TEOS 양의 변화에 따라서 상전이가 관찰되었으며, 1.2M TEOS에서 $B_2S:Eu^{2+}$ 단일상을 얻었을 수 있었다. 반면에 하소 과정을 거친 1.2M TEOS로 합성된 분말에서는 졸-겔법과 하이브리드법 모두 $B_2S:Eu^{2+}$와 미량의 $BaSiO_3:Eu^{2+}$ ($BS:Eu^{2+}$) 상이 혼재하는 분말을 얻을 수 있었으나, 이들 분말은 하소 과정 없이 합성된 것보다 발광특성이 약 두배 정도 우수하였다. 하이브리드법에 의한 $B_2S:Eu^{2+}$는 졸-겔법에 의한 것에 비하여 발광강도가 약간 떨어지나 공정 시간을 획기적으로 단축 시킬 수 있는 장점을 보이고 있었다. 1.1M TEOS로 하소 과정을 거쳐 하이브리드법으로 얻어진 분말은 $B_2S:Eu^{2+}$ 단일상으로 구성되어 있었으며, $Eu^{2+}$이온의 $4f^65d^1{\rightarrow}4f^7$ 전이에 의한 가장 강한 강도를 갖는 녹색 발광 (505 nm) 스펙트럼을 보이고 있었다.

$Ba_2SiO_4:Eu^{2+}$ ($B_2S:Eu^{2+}$) powders were prepared by firing the dry gel obtained by the sol-gel and the hybrid process (sol-gel and combustion), respectively, and their structure and luminescence were investigated. Tetraethyl orthosilicate (TEOS) was used as a Si source. The phase transition was observed with the TEOS content. With 1.2M TEOS, the powders prepared by the sol-gel process without prior calcination were composed of the $B_2S:Eu^{2+}$ single phase, whereas those by the sol-gel and the hybrid process with prior calcination consisted of the dominant $B_2S:Eu^{2+}$ and minor $BaSiO_3:Eu^{2+}$ ($BS:Eu^{2+}$) phases and their emission intensities were approximately two times higher than those without prior calcination. The hybrid process could reduce the process time innovatively compared to the sol-gel process, even though the former was a little inferior to the latter in the emission intensity of $B_2S:Eu^{2+}$. With 1.1M TEOS, the $B_2S:Eu^{2+}$ single phase was obtained by the hybrid process, and its green emission was observed at 505 nm originated from the $4f^65d^1{\rightarrow}4f^7$ transition of $Eu^{2+}$ ions.