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 많은 독특한 흡수 밴드를 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, 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.