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한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology v.22 no.2, 2012년, pp.73 - 77   피인용횟수: 1
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ZrO2와 Y2O3 조성비에 따른 Co와 Ce 첨가 큐빅지르코니아(YSZ) 단결정의 광학적 및 구조적 특성
The optical and structural properties by ZrO2 and Y2O3 compositional ratio of Co- and Ce-doped cubic zirconia (YSZ) single crystals

문소이    (동신대학교 보석귀금속학과   ); 박희율    (열린사이버대학교 보석딜러학과   ); 석정원    (동신대학교 보석귀금속학과  );
  • 초록

    스컬용융법으로 큐빅지르코니아(YSZ) 단결정들( $ZrO_2$ : $Y_2O_3$ = 80 : 2 80 : 20, 70 : 30, 60 : 40, 50 : 50 wt%, $Co_3O_4$ : 0.8wt%, $CeO_2$ : 0.4wt%)을 성장시켜 $N_2$ 분위기 $1000^{\circ}C$ 에서 5시간 동안 열처리 하였다. 오랜지색, 황갈색 또는 갈색의 단결정들은 각각 갈적색, 황색 또는 녹색으로 변화되었다. 열처리 전 후의 YSZ 단결정들은 직경 6.5, 두께 2 mm의 웨이퍼로 연마 하였다. 각 시편의 광학적 또는 구조적 특성은 UV-VIS 분광광도계와 XRD(X-ray diffraction)로 분석하였으며, $Ce^{3+}(^2F_{5/2,7/2}(4f){\rightarrow}^2T_g(5d^1))$ , $Co^{2+}(^4A_2(^4F){\rightarrow}^4T_1(^4F)$ 또는 $^4T_1(^4P))$ 및 $Co^{3+}$ 에 의한 흡수, 이온화에너지 및 격자상수 변화를 확인하였다.


    Co-(0.8 wt%) and Ce-(0.4 wt%) doped cubic zirconia ( $ZrO_2$ : $Y_2O_3$ = 80 : 2 80 : 20, 70 : 30, 60 : 40, 50 : 50 wt%) single crystals grown by a skull melting method were heat-treated in $N_2$ at $1000^{\circ}C$ for 5 hrs. The orange, yellowish brown and brown colored as-grown single crystals were changed into either brownish red, yellow and green color after the heat treatment. Before and after the heat treatment, the YSZ (yttria-stabilized zirconia) single crystals were cut for wafer form ( ${\phi}6.5mm{\times}t2mm$ ). The optical and structural properties were examined by UV-VIS spectrophotometer and X-ray diffraction. Absorption by $Ce^{3+}(^2F_{5/2,7/2}(4f){\rightarrow}^2T_g(5d^1))$ , $Co^{2+}(^4A_2(^4F){\rightarrow}^4T_1(^4F)$ or $^4T_1(^4P))$ and $Co^{3+}$ , change of ionization energy and lattice parameter were confirmed.


  • 주제어

    YSZ .   $Ce^{3+}$ .   $Co^{2+}$ .   $Co^{3+}$ .   Ionization energy .   Lattice parameter.  

  • 참고문헌 (14)

    1. T. Ishiia and T. Ishikawa, "Mechanisms of conductivity ceiling in YSZ", Solid State Ionics 177 (2006) 1573. 
    2. M.A. Borik, E.E. Lomonova, V.V. Osiko, A.V. Panov, O.E. Porodinkov, M.A. Vishnyakova, Yu.K. Voron'ko and V.V. Voronov, "Partially stabilized zirconia single crystals: growth from the melt and investigation of the properties", J. Crystal Growth 275 (2005) 2175. 
    3. J.F. Wenckus, "Mass production of refractory oxide crystals: cubic zirconia", J. Crystal Growth 128 (1993) 13. 
    4. Xu Jiayue, Lei Xiuyun, Jiang Xin, He Qingbo, Fang Yongzheng, Zhang Daobiao and He Xuemei, "Industrial growth of yttria-stabilized cubic zirconia crystals by skull melting process", J. Rare Earths 27 (2009) 971. 
    5. A.B. Anderson and E. Vayner, "Hydrogen oxidation and proton transport at the Ni-zirconia interface in solid oxide fuel cell anodes: Quantum chemical predictions", Solid State Ionics 177 (2006) 1357. 
    6. D.H. Kim, C.W. Song, T.W. Kim, H.H. Jin, H.C. Park and S.Y. Yoon, "Characterization of the biodegradable behavior for biphasic calcium phosphates using X-ray diffraction and lattice parameter", J. Korean Crystal Growth and Crystal Technology 21 (2011) 172.     
    7. W.T. Kim, S.K. Oh, H.J. Song, K.D. Park, T.Y. Park and H.L. Park, "Optical properties of $\alpha-ZnGa_{2}Se_{4}\;:\;Co^{2+}$ single crystals", J. Korean Physical Society 37 (2000) 81. 
    8. J.W. Seok, "The ionization energy and lattice parameters of Co- and Ce-doped cubic zirconia (YSZ) single crystal", J. Korean Crystal Growth and Crystal Technology 20 (2010) 159.     
    9. Y.S. Kim and C.D. Kim, "Optical absorption of $Co^{2+}$ ions with $S_{4}$ symmetry in $CdGa_{2}S_{4}\;:\;Co^{2+}$", J. Korean Physical Society 40 (2002) 953. 
    10. S. Nedjai, A. Barguigua, N. Djahmi, L. Jamali, K. Zerouali, M. Dekhil and M. Timinouni, "Synthesis and photocatalytic activity of $TiO_{2}/V_{2}O_{5}$ composite catalyst doped with rare earth ions", J. Rare Earths 25 (2007) 176. 
    11. J.A. Mares, A. Veitlerova, M. Kikl, N. Solovieva, K. Nitsch, M. Kucera, M. Kubova, V. Gorbenki and Y. Zorenko, "Scintillation and optical properties of YAG : Ce films grown by liquid phase epitaxy", Radiation Measurements 42 (2007) 534. 
    12. W. Chen, P. Mingying, Y. Luyun, H. Xiao, D. Ning, C. Danping, Z. Congshan and Q. Jianrong, "Upconversion luminescence of $Ce^{3+}$ doped BK7 glass by femtosecond laser irradiation", J. Rare Earths 24 (2006) 756. 
    13. Y. Zorenko, V. Gorbenko, V. Savchyn, T. Voznyak, V.V. Gorbenko, M. Nikl, J.A. Mares, O. Sidletskiy, B. Grynyov, A. Fedorov, K. Fabisiak and K. Paprocki, "Scintillation and luminescent properties of undoped and $Ce^{3+}$ doped $Y_{2}SiO_{5}$ and $Lu_{2}SiO_{5}$ single crystalline films grown by LPE method", Optical Materials 42 (2007) 651. 
    14. Y. Zorenko, T. Voznyak, V. Vistovsky, T. Zorenko, S. Nediko and M. Batentscjuk, "Energy transfer to $Ce^{3+}$ ions in $Tb_{3}Al_{5}O_{12}$ : Ce single crystalline films", Radiaton Measurements 42 (2007) 649. 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. Kang, Tae-Hee ; Koo, Sang-Man ; Jung, Choong-Ho ; Hwang, Kwang-Taek ; Kang, Woo-Kyu 2013. "Synthesis of nano Cerium(IV) oxide from recycled Ce precusor" 한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, 23(2): 101~107     

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  • 문소이 (2)

    1. 2011 "보석의 임계각에 따른 휘광성 및 굴절계를 이용한 굴절률 측정 이론에 관한 연구" 한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology 21 (3): 105~109    
    2. 2014 "스컬용융법에 의해 성장시킨 Co와 Pr이 첨가된 이트리아안정화큐빅지르코니아(YSZ) 단결정의 연구" 한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology 24 (4): 140~144    
  • 박희율 (2)

  • 석정원 (14)

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