태양광여기 레이저용 세라믹 재료

전문가 제언

○ 근래에 세라믹 기술의 발전으로 다결정 투명세라믹이 단결정을 대체할 재료로 각광을 박고 있다. 특히 첨가물에 의해 형광 특성을 부여한 투명 세라믹스 연구개발이 많이 이루어지고 있다. 가닛계 재료를 기본으로 레이저 발진, 방사선 검출용의 신틸레이터(scintillator)나 백색 LED용 파장변환 재료 등에 응용을 위한 연구가 이루어지고 있다. 또한 광학 렌즈용으로 Ba(Mg,Ta)O3인 복합 페로브스카이트 재료의 투명 세라믹스가 실용화되었다.

 

○ 다결정으로 이루어진 투명세라믹은 단결정에 비해 가격, 생산성, 성형성 면에서 모두 우수하다. 특히 광학적 투명성을 응용한 레이저, 방탄, 섬광체 등에서 다양한 응용이 가능하다. 고체레이저 기술은 금속가공, 의료용, 광원과 태양광 여기원으로 주목을 받고 있다. 1990년대 일본에서 다결정 Nd:YAG 세라믹스를 사용하여 60%대의 발진효율이, 2009년에는 Nd:YAG 세라믹스를 이용하여 100kW 이상의 출력값이 보고되었다.

 

○ 고출력 레이저에 대한 응용분야가 성장하면서 고출력 레이저의 수요도 증가하고 있다. 단결정 Nd:YAG는 매질의 크기에 제약이 있고, 제조에서 비용과 시간이 많이 소요되는 단점이 있다. 이를 보완할 수 있는 다결정 Nd:YAG 세라믹스에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이 문헌은 레이저 모체재료를 설계에 중요한 항목인 활성이온과 증감이온의 최적 농도 설계에 하나인 “이온간 에너지 이동메커니즘”에 대해 설명하였다. 또한 Nd:Cr:YAG 세라믹의 광학실험 결과를 기초로 태양광 에너지가 어떻게 증감이온 Cr3+로부터 활성이온 Nd3+로 이동하는지를 소개하고 있다.

 

○ 국내에서는 투명세라믹에 대한 연구는 이제 시작단계이며, 주로 연구는 고체레이저 활용에 대한 연구가 활발한 상황이다. 다결정 투명세라믹은 공학시스템, 전기공학 장치, 조명, IR 센서 및 윈도우 등에 응용하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 국내에서는 우선 투명세라믹 모재제조에 대한 기술을 상용화 수준까지 개발할 필요가 있다. 또한 YAG 세라믹스를 대체할 수 있는 새로운 재료(Sc2O3, Y2O3, Lu2O3 등)에 대한 연구도 진행되어야 할 것이다.

저자

Mitsuo YAMAGA, Kazuo HASEGAWA

자료유형

학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

재료

연도

2015

권(호)

50(3)

잡지명

セラミックス

과학기술
표준분류

재료

페이지

201~206

분석자

김*환

분석물

• 태양광여기 레이저용 세라믹 재료.pdf [550,663 byte]

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