솔-젤 연소 방법을 통한 고성능 Ni2+-활성화 MgAl2O4 스피넬 근적외선 인광체 합성을 위한 전하 보상 전략

근적외선(NIR) 인광체 변환 발광 다이오드(pc-LEDs)는 식품 분석, 야간 시각 조명 및 비침습적 의료 진단을 위한 생체 이미징 등 많은 분야에서 NIR 광원으로서 큰 응용 잠재력을 가지고 있다. 일반적으로 고온 고형상 방법으로 합성된 인광체는 입자 크기가 크고 분쇄 과정에서 미세한 분말로 가공해야 하며, 이로 인해 표면 결함이 발생하고 발광 효율이 떨어질 수 있다. 여기에서는 고순도, 나노 크기(50nm 미만)의 Zr4+/Ni2+ 공동 도핑된 MgAl2O4 스피넬 NIR 인광체를 합성하기 위해 희생 인자로 질산암모늄과 구연산을 사용하는 솔-젤 소결 방법을 보고한다. MgAl2O4 스피넬은 매트릭스이며, Ni2+는 발광 중심이고, Zr4+는 전하 보상제로 작용한다. 우리는 Ni2+-도핑된 MgAl2O4와 Zr4+/Ni2+ 공동 도핑된 MgAl2O4의 결정 구조와 NIR 발광 특성을 체계적으로 특성화하였다. 390 nm 광 자극 하에 Ni2+-도핑된 MgAl2O4 인광체의 방출 스펙트럼은 900–1600 nm 범위를 포괄하며, 반정점 폭은 251 nm이고, 정점 위치는 1230 nm에 위치한다. 전하 보상제로서 소량의 Zr4+를 포함시킴으로써 Zr4+/Ni2+ 공동 도핑된 MgAl2O4 나노 크기 인광체의 NIR 방출 강도는 Ni2+-도핑된 MgAl2O4 인광체의 두 배가 되었음을 입증하였다. 전하 보상제의 최적 함량은 2 mol%였다. 더욱 중요하게, Zr4+의 포함으로 인해 발광 특성에서 향상된 열 안정성을 가진 NIR 인광체가 생성되었으며, 100 °C에서 측정된 발광 강도는 실온(20 °C)에서 측정된 강도의 33.83%였다. 본 연구는 고순도 및 향상된 광학적 특성을 가진 NIR 인광체 나노재료가 솔-젤 소결 방법을 통한 전하 보상 전략으로 설계되고 합성될 수 있음을 보여준다.