란탄족 이온이 도핑된 TiO2 나노입자의 감광성 발광

전문가 제언

○ f 궤도함수에 원자가 전자를 갖는 란탄족 Ln3+ 이온들은 자외선에서부터 원적외선 영역까지의 발광을 방출한다. 이들의 발광은 f 궤도함수의 전자 배치에 연관되어있기 때문에 매우 독특하다. 발광 띠들은 띠폭이 좁아 색상이 뛰어난 발광을 방출하며, 발광의 수명시간이 수 μs∼수 ms 범위의 비교적 길기 때문에 광전자 디바이스, 바이오 이미징, 센서 및 탐침 등에 활용될 수 있다. Ln3+ 이온들은 유기분자와의 착물 형태 및 무기 임자매질에 접목된 색 중심(color center)로 활용되고 있다.

 

○ Ln3+ 이온들의 발광은 fn 전자배치로부터 유발된 복잡한 전자상태에 연관되어있다. f 궤도함수들 간의 전자전이의 흡수도는 매우 약하기 때문에 강한 발광을 유도하기 위해 전하이동이라든지 에너지 전달 등의 메카니즘을 도입한다. 특히, Ln3+ 이온들을 반도체 형 나노입자에 접목시키면 밴드 갭 간의 전자 전이에 연관된 발광이 Ln3+ 이온들로부터 방출된다. 반도체의 밴드 갭은 입자의 크기에 의해 크게 영향을 받기 때문에 Ln3+ 이온들의 감광성 발광은 임자매질에 의해 on-off가 일어날 수 있다.

 

○ 현재까지 이에 연관된 연구는 영남대학교의 손영구 연구팀과 충남대학교의 강준길 연구팀들에 의해 제한적으로 진행되고 있다. 사용한 임자 매질은 ZnO 나노입자, SiO2 나노입자 등에 Ln3+ 이온들을 색 중심으로 도핑시켜 그들의 PL 특성을 규명하고 있다. ZnO:Eu3+ 나노입자의 경우 Eu3+의 감광성 발광은 나타나지 않았지만, ZnO:Tb3+ 나노입자의 경우 강한 감광성 발광이 방출되었다. SiO2:Eu3+ 및 ZnO:Tb3+ 나노입자들의 경우 산소 원자로부터의 전하이동에 의해 강한 발광이 방출되었다.

 

○ Ln3+ 이온의 색 중심으로 접목된 나노입자는 임자매질에 따라 밴드 갭 전이에 의한 감광성 발광이 구현되거나 혹은 전하이동에 의한 발광이 구현될 수 있기 때문에 on-off 조절이 가능하다. 이와 같이 차세대 발광소재로서 적절한 담체의 개발과 nanoball, nanowire, nanorod, nanosheet 등으로 극소화 제작은 매우 중요하다. 왜냐하면, 매크로 크기 입자와는 다른 새로운 광학적 특성이 발현되기 때문이다.

 

 

저자

Arijita Chakraborty, Gouranga H. Debnath, Nayan Ranjan Saha, Dipankar Chattopadhyay, David H. Waldeck, Prasun Mukherjee

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2016

권(호)

120()

잡지명

The Journal of Physical Chemistry C

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

23870~23882

분석자

강*길

분석물

• 란탄족 이온이 도핑된 TiO2 나노입자의 감광성 발광.pdf [490,889 byte]

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