KR101923273B1 - 어븀과 툴륨이 공동도핑된 다결정 투광성 업컨버팅 알파사이알론 세라믹스 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 어븀과 툴륨이 도핑된 투명한 알파사이알론 세라믹스 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 성형체의 두께가 0.2mm 일 때의 3000nm의 파장의 적외광 투과도가 80% 이상인 것이 특징이며, 소결된 알파사이알론 세라믹스의 관찰된 경도와 파괴인성은 YAG, Y₂O₃를 비롯한 다른 상업적인 광학적 활성 다결정질 투광성 세라믹스보다 높다.

Description

어븀과 툴륨이 공동도핑된 다결정 투광성 업컨버팅 알파사이알론 세라믹스 및 그 제조방법{POLYCRYSTALLINE TRANSPARENT UP-CONVERTING CO-DOPED ALPHA-SIALON CERAMICS AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF}

본 발명은 어븀과 툴륨이 공동 도핑된 가시광 영역과 적외광 영역에서 투광성을 가지는 알파사이알론 세라믹스 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

고출력 레이저 다이오드(high-power laser diode) 및 단파장-방출 고체 레이저의 개발에 있어서, 어븀 이온이 도핑된 물질의 업-컨버젼(upconversion) 발광이 주목을 받고 있다. 어븀 이온(Er^{3 +})을 이용한 업-컨버젼 프로세스에는 호스트 물질이 중요한 역할을 하는 것으로 알려졌다. 지금까지 다양한 호스트 물질이 연구되고 있는바, 예를 들어, 유리, 다결정질 분말, 단결정, 박막, 나노-결정 및 투광성 세라믹이 조사되었다[참조: C. Liu, J. Heo, Local Heating from Silver Nanoparticles and Its Effect on the Er^{3 +} Upconversion in Oxyfluoride Glasses, J. Amer. Ceram. Soc., 93 (2010) 3349-53 and Y. Kishi, S. Tanabe, S. Tochino, G. Pezzotti, Fabrication and Efficient Infrared-to-Visible Upconversion in Transparent Glass Ceramics of Er-Yb Co-Doped CaF₂ Nano-Crystals, J. Amer. Ceram. Soc., 88 (2005) 3423-26].

대부분의 업-컨버젼 물질은 산화물 및 옥시-플루오라이드 유리를 기반으로 한다. 그러나 이들 물질은 불량한 화학 안정성 및 기계적 성질을 나타내어 많은 분야에 적용됨에 있어 제한을 받고 있다. 유리 업-컨버젼 물질의 이러한 문제점을 극복하기 위해 투광성 다결정질 세라믹스가 업-컨버젼 물질로서 도입되었다. 란타나이드로 도핑된 이트리아 및 YAG 물질은 업-컨버젼 특성을 나타내어 대부분의 태양광 스펙트럼을 커버하는 적외선 영역의 광을 수집하고 고에너지 파장으로 변환할 수 있어서 태양전지 윈도우에 적용될 수 있고, 또한, 3D-디스플레이에도 적용이 가능하다 [참조: S. Chen, Y. Wu, New opportunities for transparent Ceramics, Amer. Ceram. Soc. Bull., 92 (2013) 32-7 and T.R. Hinklin, S.C. Rand, R.M. Laine, Transparent, Polycrystalline Upconverting Nanoceramics: Towards 3-D Displays, Advanced Materials, 20 (2008) 1270-3].

한편, 알루미나와 함께 존재하는 질화규소인 사이알론은 실리콘-알루미늄-산소-질소 상과 관련된 시스템을 의미한다. 사이알론 세라믹 물질은 알루미늄 및 산소가 결정 구조 내에 포함되어 있어서 질화규소와는 상이하다. 사이알론으로 제조된 세라믹 제품은 고온에서도 높은 강도를 나타내고 산업적으로 적용하는데 적합한 높은 경도를 갖는다. 특히, 사이알론은 고온에서 경도가 알루미나에 비해 우수하다. 또한, 구조에 도입된 알루미늄 및 산소 이외에, 이트리아 및 마그네시아와 같은 화합물이 통상적으로 소결을 보조하기 위해 첨가된다. 소결이 진행되는 동안, 이들 화합물은 질화규소 표면의 실리카, 의도적으로 첨가한 실리카, 또는 불순물로서 존재하는 실리카와 반응한다.

이러한 추가 원소들은 사이알론 물질에 영향을 미치는 상 관계의 복잡성을 크게 증가시키고, 이에 따라 소망하는 특성을 달성하기 위해 사이알론 물질을 가공하는 것을 더욱 어렵게 한다. 사이알론의 입계간 상(intergranular phase)의 상 화학이 질화규소 세라믹 시스템보다 더욱 복잡한 것으로 알려져 있다[참조: F. Riley, J. Amer. Ceram. Soc. 83 [2] (2000) 259]. 거의 완전하게 치밀화된 사이알론 세라믹은 질화규소 격자에 금속 양이온의 삽입에 의해 보다 낮은 입계 상으로 얻어질 수 있다. 다수의 문헌 및 특허에 따르면, 입간 상이 일반적으로 고온 열화 및 강도 감소를 초래하기 때문에 세라믹의 특성을 열화시킨다고 알려져 있다[참조: U.S. Pat. No. 5,413,972 to Hwang et al; D. Dressler & R Riedel, Int. J. Refractory Metals & Hard Materials 15(1997), pg. 13-47 especially pg. 23; and D. A. Bonnel et al., J. Amer. Ceram. Soc. 70 (1987), pg. 460].

사이알론 패밀리에서 가장 잘 알려진 결정상은 알파상과 베타상이며, 이는 질화규소의 알파상과 베타상에 기반을 두고 있다. 사이알론 상에서는 실리콘과 질소 원자의 일부가 알루미늄과 산소 원자로 대체된다.

베타사이알론 상은 일반적으로 화학식 Si_{6 - z}Al_zO_zN_{8 -z}로 나타내며, 여기서 0<z<4.2 이다. 이 구조에서는 결정격자 내에 추가적인 금속이온이 포함되지 않는다.

알파사이알론 상은 일반적으로 화학식 Mx(Si,Al)₁₂(O,N)₁₆ 으로 나타내며, 여기서 x는 0<x<2, M은 Mg, Y, Ce, Sc, 또는 다른 희토류 물질과 같은 원소를 나타낸다. 더욱 상세하게, 화학양론적으로는 M_{m / v}Si_{12 -m- n}Al_{m + n}O_nN_{16 -n} [참조: G. Z. Cao and R. Metselaar, "α'-Sialon Ceramics: A Review", Chem. Mat. Vol. 3 No 2, 242-252 (1991)]으로 표현되며, 여기서 v는 M의 균형이다. 두 개의 화학식은 본 발명에서 상호교환 가능하게 사용한다. 이 구조에서 적당한 M 이온은 베타사이알론 구조에서는 적합하지 않다.

전통적으로 알파사이알론은 세라믹의 미세구조에서 등축 결정 입자를 나타내며 이로 인해 고강도 재료로 사용된다. 등축의 미세구조는 더 좋은 투광성을 나타내며 강도도 높아진다.

그러나 많은 논문과 특허들은 세라믹스의 입계간 상의 열화에 대한 일반적 문제를 언급하고 있는데, 이러한 열화는 일반적으로 고온 열화와 강도의 감소를 야기한다[참조:U.S. Pat. No. 5,413,972 to Hwang et al; D. Dressler & R Riedel, Int. J. Refractory Metals & Hard Materials 15(1997), pg. 13-47 especially pg. 23; and D. A. Bonnel et al., J. Amer. Ceram. Soc. 70 (1987), pg. 460). 알파 상은 다른 금속 산화물을 수용할 수 있으나, 베타 상은 그렇지 않으며, 그로 인해 알파 상은 상의 결정립계를 감소시키기 위한 중요한 상이다.

한국등록특허 제1441485호(2014년 9월 11일 등록)

본 발명의 목적은, 고온 안정성과 강도를 가지면서도 적외석 영역과 가시광 영역에서 우수한 투광성과 업-컨버전 발광 특성을 갖는 사이알론 세라믹체를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 업-컨버전 특성을 갖는 투광성 사이알론 세라믹스를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다결정 투광성 업컨버팅 알파사이알론 세라믹스 성형체는 (Tm,Er)_xSi_{12 -m- n}Al_{m + n}O_nN_{16 -n} (0<x<2, 1.0<m<1.5 및 1.0<n<1.5) 으로 표시되는 알파사이알론 결정구조를 포함하는 세라믹스 성형체로 달성된다.

상기 Tm과 Er의 몰비는 1:5 ~ 5:1의 범위일 수 있다.

상기 세라믹스 성형체는 Si_{6 - z}Al_zO_zN_{8 -z} (0<z<4.2)로 표시되는 옥시나이트라이드 유리상 구조의 베타사이알론을 더 포함할 수 있다.

상기 세라믹스 성형체는 두께가 0.2mm 일 때, 3000nm 파장의 적외광 투과도가 80 % 이상일 수 있다.

상기 세라믹스 성형체는, 실온에서 980nm의 광을 투사하였을 때, 554nm, 678nm, 및 803nm 중 적어도 하나의 파장 영역에서 업컨버젼이 발생할 수 있다.

상기 세라믹스 성형체는, 실온에서 980nm의 광을 투사하였을 때, 1530nm 파장 영역에서 다운컨버젼이 발생할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 방법으로서, 본 발명의 알파사이알론 결정구조를 포함하는 다결정 투광성 업컨버팅 알파사이알론 세라믹스 성형체를 제조하는 방법은 알파-실리콘나이트라이드, Er₂O₃, Al₂O₃, Tm₂O₃ 및 AlN 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계, 상기 혼합 분말을 압축하여 압축성형체를 제조하는 단계, 상기 압축성형체를 질소분위기에서, 1700~1900℃의 온도, 25~30 MPa의 압력으로 핫프레스 방식으로 소성하는 단계를 포함하며, (Tm,Er)_xSi_{12 -m- n}Al_{m + n}O_nN_{16 -n} (0<x<2, 1.0<m<1.5, 및 1.0<n<1.5) 으로 표시되는 알파사이알론 결정구조를 포함하는 성형체 제조방법으로 달성할 수 있다.

상기 Tm과 Er의 몰 농도는 각각 0.5 ~ 2.5 mol % 이며, Tm과 Er 농도의 합이 2.9~3.1 mol% 일 수 있다.

상기 세라믹스 성형체의 두께가 200~500 μm의 범위일 수 있다.

본 발명은 어븀과 툴륨이 도핑된 투명한 알파사이알론 세라믹스에 관한 것으로서, 소결된 알파사이알론 세라믹스의 관찰된 경도와 파괴인성은 YAG, Y₂O₃를 비롯한 다른 상업적인 광학적 활성 다결정질 투광성 세라믹스 보다 높다.

특히 가시광 영역에서의 한 쌍의 흡수 밴드를 관찰할 수 있으며, 이를 통해 감응화된 업컨버전 발광을 툴륨-어븀 공동 도핑된 알파사이알론을 통해 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 XRD 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TEM 사진, SAD 패턴, 및 EDS 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 SEM 사진을 나타낸 것이다
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광투과 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 흡수 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 각 파장별 방출 강도의 Er 농도의존성을 나타낸 그래프이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

사이알론 세라믹스는 구조 엔지니어링 재료로서는 잘 알려져 있으나, 광학적 특성에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. 본 발명의 발명자들은 자연적으로 투광성을 나타내며 업컨버젼 발광특성을 나타내는 기존과 다른 사이알론 세라믹스를 개발하였다. 투광성 사이알론 세라믹스는 조절된 조성과 소결 조건에서 제조된다. 본 발명자들은 알파사이알론 세라믹이 금속 양이온으로 안정화된다는 사실을 확인하고 에르븀 양이온에 의해 안정화되는 알파사이알론 세라믹을 제조하였다.

어븀은 다수의 호스트 물질, 즉, Y₂O₃, YAG 및 그 밖의 산화물 세라믹 나노 분말에서 업컨버젼 현상을 나타내는 것으로 알려져 있다. 그러나 사이알론 세라믹스에서 업컨버젼 발광은 지금까지 어떠한 연구자에 의해서도 보고되고 있지 않다. 알파사이알론은 독특한 결정구조를 가지는데, 단위 셀에서 금속 이온에 적합하며 구조를 안정화시킬 수 있는 두 개의 격자위치를 가지고 있다. 본 발명에서는 어븀 양이온을 이러한 격자 위치에 도핑하였고, 물리적, 광학적 특성을 연구하였다.

그리고 본 발명에서는 Er₂O₃를 Tm₂O₃와 공동으로 도핑하였고, 그에 대한 업컨버젼 발광 특성을 연구하였다.

도 1에서와 같이 결정상은 XRD 패턴 분석을 통해 확인하였다. 주 결정상은 알파사이알론으로 나타났으며, 소량의 베타사이알론, AlN 폴리타입, 및 유리화된 입계간 상이 포함되었다. 그러나 제조된 사이알론 세라믹스는 알파사이알론 세라믹스로 고려할 수 있다.

이러한 XRD 패턴과 미세구조 관찰을 통해 상기 세라믹스 성형체는 다음과 같은 화학식으로 표현될 수 있음을 알 수 있다.

(Tm,Er)_xSi_12-m-nAl_m+nO_nN_16-n

여기서, x, m 및 n은 0<x<2, 1.0<m<1.5 및 1.0<n<1.5 의 범위이다. (Tm,Er)은 두 개의 양이온 원소를 모두 포함하며, 제조 공정 중에 또는 다른 원인 등으로 다른 원소가 미소량 첨가될 수 있다. Tm과 Er의 몰비는 1:5 ~ 5:1의 범위인 것이 바람직한데, Tm과 Er의 몰비 범위가 이보다 커지거나 작아질 경우에는 툴륨과 어븀의 공동도핑에 의한 특성이 나타나지 않았고, 툴륨과 어븀을 각각 도핑한 알파 사이알론과 유사한 특성 값을 나타냈다. 사이알론 세라믹스의 조성의 변경은 기본적으로 m과 n의 값을 기반으로 하여 디자인되며, 여기서 m과 n은 S-N 결합이 Si₃N₄ 내의 (Al-N)과 (Al-O)의 결합에 의해 각각 대체되는 레벨에 대응한다.

아래의 표 1에서 m=n=1.1 으로 하였을 때의 툴륨과 어븀의 농도의 합을 Tm+Er = 3 mol% 로 하여 샘플을 제조하였으며, 비교를 하기 위해 툴륨만 첨가한 샘플(T30)과 어븀만 첨가한 샘플(E30)도 같이 제조하여 특성을 비교하였다. 본 발명에서 m과 n은 각각 1.0~1.5 범위로 한정하였는데, m 또는 n이 1.0보다 작을 경우 업컨버젼 특성이 급격히 감소하였다. 또한, 도 4에서 도시한 바와 같이 Tm을 기준으로 m 또는 n이 1.0~1.5 사이에서는 가시광 영역에서의 투과도가 500nm 파장 기준으로 15% 이상 나타났다. 그러나 m 또는 n이 2.0 사이인 값에서는 가시광 투과도가 0에 가깝게 나타났다. 본 발명에서 투과도는 중요한 특성이며, 이를 통해 m과 n을 1.0~1.5 범위가 바람직한 것으로 확인되었다.

사이알론의 특성 상 알파사이알론의 계면 등에 베타사이알론이 일부 생성될 수 있으며, 화학식은 이미 알려진 바와 같이 다음과 같다:

Si_{6 - z}Al_zO_zN_{8 -z} (0<z<4.2)

각 샘플코드와 각 샘플의 툴륨과 어븀의 농도

샘플코드	툴륨 농도 (mol%)	어븀 농도 (mol%)
TE05	0.5	2.5
TE10	1.0	2.0
TE15	1.5	1.5
TE20	2.0	1.0
TE25	2.5	0.5
T30	3.0	0.0
E30	0.0	3.0

본 발명의 툴륨과 어븀을 공동 도핑한 알파사이알론세라믹스 성형체를 제조하는 방법은 다음과 같다:

a) 알파-실리콘나이트라이드, Er₂O₃, Al₂O₃, Tm₂O₃ 및 AlN 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계;

b) 상기 혼합 분말을 압축하여 압축성형체를 제조하는 단계;

c) 상기 압축성형체를 질소분위기에서, 1700~1900℃의 온도, 25~30MPa의 압력으로 핫프레스 방식으로 소성하는 단계;

d) 1700~1900℃의 온도범위에서 2시간 유지 후 실온으로 냉각하는 단계이다.

상기 제조 방법에서 Tm과 Er의 몰 농도는 각각 0 ~ 3.0 mol % 이며, Tm과 Er 농도의 합은 대략 3mol%(2.9~3.1 mol%)로 하였다. 여기서 대략의 의미는 수학적으로 정확하게 3 mol% 를 맞추기가 어렵기 때문에, 실험적으로 약간의 오차가 발생할 수 있음을 의미한다. 본 발명에서의 툴륨과 어븀의 몰 비는 표 1에서 나타냈듯이 1:5 ~ 5:1의 범위일 경우 투광성의 업컨버젼 특성을 확인할 수 있었다. 또한 제조된 성형체의 두께는 200~500 μm 범위인 것이 바람직하였는데, 200μm 보다 얇게 제작될 경우 응용하기에 적합한 강도가 얻어지지 않았으며, 500μm 보다 두껍게 제조되면 가시광 투광성이 매우 낮게 나타났다. 본 발명에서의 샘플들은 200μm 의 두께로 제조된 것을 사용하였다. 성형체가 상기 c) 단계에서 제시한 온도범위와 압력 범위가 아닐 경우 투과도가 낮아지거나, 강도가 약하여 응용분야의 적용이 어려웠다.

도 2에서와 같이 미세구조 관찰을 통해, 결정립은 Er^{3 +} 과 Tm^{3 +} 을 포함하는 알파사이알론임을 확인하였다. 따라서 본 발명의 알파사이알론은 어븀 이온과 툴륨 이온에 의해 안정화된 결정구조이다. 또한 도 2와 도 3을 통해 모든 샘플들이 일반적인 알파사이알론 결정립 형상인 등축척, 등방성의 다면체 결정립으로 구성된 것을 알 수 있다. 이러한 결정립 형상은 더욱 좋은 광학적 투광성을 갖게 한다. 투광성 세라믹스는 뛰어난 기계적 특성에 의해 다양한 응용분야에서 요구되는 특성이다. 표 2에 경도, 파괴인성 및 밀도에 대해 툴륨만 도핑한 샘플, 툴륨과 어븀을 공동-도핑한 샘플에 대해 나타냈다. 알파사이알론 세라믹스의 뛰어난 기계적 특성에 기인한 모든 소결된 샘플에서 경도가 20 GPa 이상이었으며, 파괴인성은 5.18 MPa m^1/2 이상이었다. 소결된 알파사이알론 세라믹스의 관찰된 경도와 파괴인성은 YAG, Y₂O₃를 비롯한 다른 상업적인 광학적 활성 다결정질 투광성 세라믹스 보다 높다.

각 샘플의 기계적 특성과 밀도

샘플코드	경도 (GPa)	파괴인성 (MPam1 /2)	밀도 (g/cm3)
TE05	20.24	5.18	3.36
TE10	20.54	5.59	3.38
TE15	20.45	5.44	3.41
TE20	20.35	5.61	3.42
TE25	20.19	5.52	3.42
T30	20.33	5.59	3.43

투광성 세라믹스의 발광 특성은 재료를 다양한 응용이 가능하게 한다. 발광 세라믹스는 또한 인광체로 알려져 있다. 이러한 인광 투광성 세라믹스는 가시광 스펙트럼에서는 투광성이 약한데, 이는 이러한 물질들이 발광 중심에서 다른 가시광 파장을 흡수하기 때문이다. 육방정계 구조를 가지는 사이알론 세라믹스의 경우는 대부분의 빛이 입계를 통해 산란된다. 결정립 크기를 500nm 이하로 조절하면 가시광 영역에서 부분적 투광성을 나타낸다. 그러나 본 발명에서 제조된 사이알론 세라믹스는 적외선 영역에서 훨씬 높은 투광성을 나타냈다. 투광성은 두께에 따라 변하며, 얇을수록 가시광 영역에서 높은 투광성을 나타낸다. 도 4에서는 200μm 두께의 각 샘플에 대한 투광도를 나타냈다. 비교사진이나 그래프를 통해 툴륨만 도핑한 샘플(T30)의 투광도가 어븀과 툴륨을 공동 도핑한 샘플에 비해 투광도가 낮음을 확인할 수 있다. 도 4를 통해 본 발명에서의 공동도핑된 샘플들은 투광도가 가시광 영역인 500nm의 파장에서는 15~25%, 적외선 영역인 3000nm 파장의 투과도가 80 % 이상인 것으로 확인되었다.

툴륨만 도핑한 샘플, 어븀만 도핑한 샘플, 툴륨과 어븀을 공동 도핑한 샘플들에 대해 파장범위 200 ~ 2500 nm 에서의 흡수 스펙트럼을 도 5에 나타냈다. 툴륨만 도핑한 샘플인 T30 흡수 스펙트럼에서, 980nm 주변의 흡수 밴드는 나타나지 않았다. 그러므로 전통적인 980nm 펌핑이 툴륨만 도핑한 알파사이알론에서는 이용될 수 없다. 그러나 TE10 샘플은 공동 도핑된 샘플이 980nm 레이저에 의해 여기될 수 있음을 나타내고 있다. 더욱이 가시광 영역에서의 한 쌍의 흡수 밴드를 관찰할 수 있으며, 이를 통해 감응화된 업컨버전 발광을 툴륨-어븀 공동 도핑된 알파사이알론을 통해 기대할 수 있다.

모든 샘플들의 실온 조건에서의 980 nm 레이저에 여기된 광스펙트럼을 도 6에서 나타내었다. 툴륨만 도핑된 샘플인 T30에서는 업컨버전 방출이 나타나지 않았는데, 이는 Tm^{3 +}가 980nm에서 여기될 수 없기 때문이다. 어븀만 도핑된 샘플인 E30에서는 강한 녹색광, 약한 레드광 및 적외광 방출이 나타났다. 도 6의 (b)에서 주파수 다운컨버전 밴드가 1530 nm 주변에서 관찰되었는데 이러한 다운컨버전은 근적외광 통신 윈도우 등에 응용할 수 있다.

툴륨과 어븀을 공동 도핑한 샘플들에서는 방출 스펙트럼이 크게 변화하였다. 공동 도핑된 샘플들에서 강한 적외광 방출이 803nm 부근에서 나타났고, 적색광 방출이 670 nm 부근에서 나타났다.

도 7은 980 nm의 광을 조사하였을 때 554, 678 및 803 nm 파장의 방출강도의 Er 농도의존성을 확인하기 위한 실험데이터를 그래프로 나타낸 것이다. 툴륨과 어븀이 공동도핑된 모든 샘플에서 T30과 E30 샘플에 비해 678 nm와 803 nm 파장의 강도가 높게 나타났으며, 특히 그 차이는 803nm 파장에서 매우 크게 나타났다. 특히 TE05 샘플은 다른 샘플들에 비해 803 nm 파장 강도가 매우 컸다. 다만 503 nm 파장의 강도는 어븀의 농도가 높아질수록 커지는 경향을 나타냈다.

이와 같이 높은 가시광 및 적외광 투과도, 뛰어난 업컨버전 및 다운컨버전 발광 특성, 적절히 낮은 포논 에너지 및 뛰어난 기계적, 열화학적 안정성의 조합을 갖는 툴륨과 어븀이 공동도핑된 알파사이알론 세라믹은 향후 다양한 용도에 응용이 가능하다.

전술한 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

1. 세라믹스 성형체로서,
   (Tm,Er)_xSi_12-m-nAl_m+nO_nN_16-n (0<x<2, 1.0<m<1.5 및 1.0<n<1.5)으로 표시되는 알파사이알론 결정구조를 포함하며,
   상기 세라믹스 성형체는, 실온에서 980nm의 광을 조사하였을 때, 554nm, 678nm, 및 803nm의 파장에서 업컨버전이 발생하며, 554nm 및 678 nm 파장의 업컨버전 피크보다 더 강한 업컨버전 피크가 803nm의 파장에서 발생하며,
   상기 세라믹스 성형체는, 두께가 0.2mm 일 때, 3000nm 파장의 적외광 투과도가 80 % 이상이고,
   상기 세라믹스 성형체는, 실온에서 980nm의 광을 투사하였을 때, 1530nm 파장에서 다운컨버젼이 발생하는 것을 특징으로 하는 다결정 투광성 업컨버팅 알파사이알론 세라믹스 성형체.
2. 제1항에서,
   상기 Tm과 Er의 몰비는 1:5 ~ 5:1의 범위인 것을 특징으로 하는 다결정 투광성 업컨버팅 알파사이알론 세라믹스 성형체.
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