에르븀 아연 납 붕산염 유리의 구조적, 열적, 광학적 및 방출 특성에 대한 코발트/구리 이온의 영향

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12260(2023) 이 기사 인용

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70B2O3–10Pb3O4–18ZnO–2Er2O3(ErCoCu1)의 호스트 유리 네트워크가 제안되었으며 1mol%의 Co 또는/및 Cu 이온이 구조적, 열적, 광학적 및 녹색 방출 특성에 미치는 영향이 광범위하게 연구되었습니다. X선 회절 스펙트럼을 통해 생산된 유리의 비정질 구조가 확인되었습니다. 밀도 및 밀도 기반 매개변수 동작은 Co 또는/및 Cu 이온이 제안된 ErCoCu1 네트워크의 틈새 위치를 채워 컴팩트함을 유발한다는 것을 보여주었습니다. ATR-FTIR과 Raman Spectra는 모두 붕산염 네트워크의 기본 구조 단위인 B-O-B 연결, BO3 및 BO4의 형성을 확인했습니다. 또한 ErCoCu1 내부에 Co 또는/및 Cu 이온이 침투하면 사면체 BO4 단위가 삼각형 BO3으로 변환되어 비가교 산소에 의해 풍부해집니다. Co 또는/및 Cu를 첨가하면 BO4가 BO3 단위로 변환되어 유리 전이 온도가 감소합니다. 호스트 유리 ErCoCu1에 대한 광 흡수 스펙트럼은 Er3+ 이온의 뚜렷한 흡수 밴드를 많이 보여주었습니다. Co 이온의 침투는 사면체 및 팔면체 배위 모두에서 Co2+ 이온의 존재와 사면체 배위에서 Co3+ 이온의 존재를 나타내는 두 개의 광대역을 생성합니다. Cu가 도핑된 유리에서는 Cu2+와 Cu+의 특징적인 흡수 밴드가 관찰되었습니다. 380 nm 여기 파장 하에서 ErCoCu1 유리로부터 녹색 방출이 생성되었습니다. 더욱이, 방출 스펙트럼에 대한 Co 또는/및 Cu의 유의미한 영향은 기록되지 않았습니다. 고려된 유리는 광전자 공학 및 비선형 광학 응용 분야에 적합한 적절한 특성을 가지고 있었습니다.

전이 금속 이온 TMI의 다중 산화 상태는 많은 광학적, 전기적 및 자기적 특성을 통해 유리 네트워크를 풍부하게 합니다. 광학적으로 TMI는 유리 네트워크에 다양한 반사 색상을 제공하여 UV, 가시광선 및 IR 영역과 같은 전자기 스펙트럼의 다양한 영역에서 높은 광 흡수 능력을 갖도록 만듭니다. 광발광 관점에서 TMI는 조정 가능한 파장과 적절한 양자 수율7,8을 갖는 넓은 방출 대역을 생성합니다. 전기적 및 자기적으로 TMI의 다중 산화 상태는 전하 자유도와 스핀에 영향을 주어 유리 네트워크 구조 단위에 상당한 변형을 가져오며, 이는 차례로 전도 과정과 유리 네트워크의 전기 및 자기 특성에 직접적인 영향을 미칩니다9,10 . 따라서 유리 함유 TMI는 발광 다이오드, 광학 필터, 고체 레이저, 메모리 스위칭 전자 장치, 초이온 배터리, 촉매 작용, 스마트 전자 장치 및 자기 정보와 같은 광전자, 전자, 광전자 공학 및 자기 영역에서 중요한 응용 분야를 가지고 있습니다. 저장11,12,13. 코발트(Co2+/Co3+) 및 구리(Cu+/Cu2+) 이온은 다양한 유리 네트워크의 특성을 향상시키는 가장 독특한 전이 금속 이온입니다. 유리 네트워크 내부의 팔면체(oh) 및 사면체(Td) 기하학적 형태로 코발트 이온(Co2+/Co3+)의 혼합 원자가 상태가 형성되므로 태양광 선택적 흡수체, 연료 전지, 가시광선 및 NIR 레이저 재료에 유리한 재료가 됩니다. , 슈퍼 커패시터, 가스 센서 및 리튬 이온 배터리. 코발트는 Co2+ 이온의 기하학적 형태 배위(사면체 또는 팔면체)에 따라 유리에 파란색 또는 분홍색 색상을 부여합니다 14,15,16. 안경 네트워크에 Cu 이온을 추가하면 정상적인 조건에서 준비 과정 동안 Cu+와 Cu2+라는 두 가지 원자가 상태가 생성됩니다. Cu 이온은 일반적으로 유리 네트워크에 파란색 또는 녹색 색상을 추가합니다. 일반적으로 2가 구리 이온 Cu2+의 형성은 유리에 형성된 색상을 기준으로 결정됩니다. 또한, Cu2+ 이온은 Cu2+의 팔면체 배위로 인해 일반적으로 발생하는 가시-근적외선 범위에서 넓은 흡수 대역을 형성하는 반면, 구리(1가 구리) 이온 Cu+는 UV 영역에서 뚜렷한 흡수 대역을 나타냅니다. 이러한 흡수 밴드는 일반적으로 유리 네트워크 내에서 Cu+ 및 Cu2+의 존재를 감지하는 데 사용됩니다1,3,4,7. 희토류 이온 RE3+는 독특한 특성을 가지고 있으며, 그 중 가장 중요한 특성은 광발광 특성으로 인해 많은 포토닉스 및 광전자공학 응용 분야에서 지배적이었습니다17,18. Er3+ 이온은 풍부한 에너지 준위를 특징으로 하는 희토류 이온 중 하나로서 청색광, 녹색광, 적색광, 백색광과 같은 다양한 스펙트럼 영역에 대한 고유한 발광체입니다. 붕산염 유리는 높은 투명성과 높은 열 안정성으로 인해 가장 일반적인 유리 네트워크 중 하나이며 녹는점이 낮아 제조 공정이 용이합니다. 그러나 광발광의 양자 수율에 부정적인 영향을 미치는 높은 포논 에너지로 인해 붕산염 유리는 PbO 및 Bi2O319,20와 같은 중금속 산화물로 강화됩니다. 반면, PbO를 첨가하면 붕산염 유리 네트워크의 기계적, 열적, 광학적 특성이 향상됩니다. 일반적으로 붕산염 유리 네트워크, 특히 중금속 이온으로 강화된 유리 네트워크는 알칼리 이온(Li+, Na+ 등), 알칼리 토류 이온(Sr2+, Ba2+ 등), 전이 금속 이온과 같은 모든 유리 첨가제에 대한 고유한 호스트입니다. (Zn2+, Co2+/Co3+, Cu+/Cu2+ 등), 전이 후 금속 이온(Al3+, Bi3+ 등) 및 희토류 이온(Er3+, Yb3+ 등)21,22. 앞서 언급한 고유한 특징과 농도, 유리 네트워크 유형 및 제조 방법에 따라 유리 네트워크에 부여하는 다양한 특성을 고려하여 유리 특성을 향상시키는 데 있어 전이 금속 이온의 효과적인 역할에 대한 연구가 계속 진행되고 있습니다. 다양한 분야에서 기술적 성능을 향상시키기 위해 노력하고 있습니다. 2023년에 OI Sallam et al. 4가지 전이 금속 이온(CuO, CoO, Fe2O3 및 NiO)이 20NaF–60P2O5–20Na2O의 광발광(PL) 및 유전 특성에 미치는 영향을 연구했습니다. 저자는 CuO와 Fe2O3를 첨가하면 고려한 유리의 유전 매개변수가 향상되고 CoO와 NiO는 ac 전도도가 감소한다는 사실을 발견했습니다. 기본 유리는 457 nm의 여기 파장으로 펌핑되어 480 및 530 nm에서 방출 밴드를 생성합니다. 방출 밴드의 위치와 강도는 전이 금속 도펀트의 유형에 따라 크게 달라집니다1. Kun Leiet al. 2023년에 이온 교환을 통해 기본 유리 Na2O–B2O3–SiO2를 제조하고 Cu+ 이온이 구조 및 발광 특성에 미치는 영향을 연구했습니다. 468nm에 중심을 둔 청록색 광대역은 290nm 여기 파장에서 생성되었으며 그 강도는 이온 교환 시간이 증가함에 따라 달라졌습니다7.