Nd:LiLa(MoO4)2 單結晶의 光學的 特性硏究

배인국,채수천,장영남 한국자원공학회 2004 한국자원공학회지 Vol.41 No.5

The absorption and photoluminescence spectrum analysis was conducted to test the applicability of Nd:LLM(Nd:LiLa(MoO4)2) single crystal grown by Czochralski method as the host material for laser-diode pumped microchip laser. The absorption band of 4I9/2 4F5/2 transition was 809 nm which corresponds to the pumped wavelength of laser diode, and the stimulated emission of 4F3/2 4I11/2 transition were observed with the wavelength of 1.06 m. These results are comparable to the properties of Nd:YAG(Nd:Y3Al5O12) suggesting that Nd:LLM crystal could be used as the laser host material of diode laser and a substitution of Nd:YAG laser. The absolute and slope lasing efficiencies of the crystal oriented with <101> at the wavelength of 1.06 m measured by laser oscillation was 28% and 33%, respectively. The maximum output of microchip laser was 106 mW against 380 mW of pumped laser diode. Nevertheless, the lasing test for the crystal oriented with <112> showed no lasing due possibly to disorientation. 쵸크랄스키법에 의해 성장된 Nd:LLM(Nd:LiLa(MoO4)2) 단결정은 흡수스펙트럼 및 발광방출 스펙트럼 분석에 의해 레이저 다이오드 여기 마이크로칩 레이저용 모체재료 및 대용 Nd:YAG(Nd:Y3Al5O12) 레이저로서의 사용 가능성을 확인하였다. 4I9/2 4F5/2 전이 흡수대가 레이저 다이오드 여기 파장과 일치하는 809nm에서 관찰되었고, 4F3/2 4I11/2 전이에 의한 유도방출이 1.06 m 파장에서 관찰되었다. 이는 Nd:YAG 단결정의 레이저 특성과 유사하므로, 마이크로칩 레이저 및 대용 Nd:YAG 레이저로서 사용이 가능함을 확인할 수 있었다. 1.06 m 파장에서 <101> 방향으로 배향된 결정에 대한 레이저 발진시험에서 레이저 절대 및 경사효율이 각각 28% 및 38%이었고, 레이저의 최대출력은 레이저 다이오드의 약 380mW 출력에 대해 106mW이었다. <112> 방향으로 배향된 결정은 전혀 발진을 하지 못하였고, 그 이유는 적절치 못한 결정방향 때문인 것으로 사료된다.

자연산 규질 이암을 이용한 Na-A형 제올라이트 수열합성

배인국,장영남,채수천,윤도우,조성준,이성기,류경원 한국자원공학회 2007 한국자원공학회지 Vol.44 No.1

Na-A type zeolite was synthesized by a low temperature hydrothermal method without any heat treatment process, adding sodium aluminate and sodium silicate from siliceous mudstone, which is a tertiary periodic sedimentary rock and widely spreads around the Pohang area. In the hydrothermal synthesis only in a NaAlO2 solution, it was found difficult to make zeolite. However, Na-A type zeolite was successfully obtained from siliceous mudstone by adding NaAlO2 and NaO·3SiO2 solution because of easy dissolution of siliceous mudstone. The optimal synthetic conditions was Na2O/SiO2 ratio = 0.6, SiO2/Al2O3 2.0, H2O/Na2O 98.6 and reaction time 14-18 hr at 80℃. Besides Na-A type zeolite, the synthetic phase present was quartz as an impurity. The Na-A type zeolite has a crystallized form of homogeneous cubo-dodecahedron or cubic shape with the diameter of 2-3㎛. Its cation exchange capacity was determined to be around 180-200 cmol/kg accounting for about 72-80% of 250 cmol/kg for typical zeolite detergent. 포항부근에 널리 분포하는 제3기 퇴적암인 규질이암 (siliceous mudstone)은 알루민산 소다 및 규산 소다를 첨가하여 열처리 과정이 없이 Na-A형 제올라이트를 저온 수열법에 의해 합성되었다. 규질이암에 알루민산 소다 용액만을 첨가한 수열반응에서는 단일상의 Na-A형 제올라이트를 합성하기가 곤란한 조건이었다. 그러나 알루민산 소다와 규산 소다 모두를 첨가한 경우, 규질이암의 용해를 촉진하여 Na-A형 제올라이트를 쉽게 얻을 수 있었다. 합성 최적 조성은 Na2O/SiO2 = 0.6, SiO2/Al2O3 = 2.0, H2O/Na2O = 98.6이었고, 반응시간은 80 ℃에서 14~18 시간이었다. 합성상은 Na-A형 제올라이트 이외에 모두 석영이 불순물로 공존하였다. 합성된 Na-A형 제올라이트는 2-3 μm 정도의 균질한 cubo-dodecahedron형 혹은 입방형의 결정형태이었고, 양이온 교환능이 약 180-200 cmol/kg 범위로 250 cmol/kg의 상용 제올라이트와 비교하여 약 72-80% 로 비교적 우수한 품질이었다.

규질 이암으로부터 Na-A형 제올라이트 수열합성 반응기구에 대한 연구

배인국,장영남,채수천,김병곤,류경원,이성기 대한지질학회 2007 대한지질학회 학술대회 Vol.2007 No.

수열반응법에 의해 합성된 사포나이트의 특성평가연구

배인국,채수천,장영남,류경원,김상배 한국자원공학회 2004 한국자원공학회지 Vol.41 No.5

자연산 활석으로부터 수열법에 의해 사포나이트를 합성하였다. 합성된 사포나이트는 XRD, SEM, DTA, TGA 및 적외선 분광분석법에 의해 평가되었다. XRD 분석결과, 190 에서 처음으로 사포나이트 결정이 확인되었으며, 230 에서 우수한 결정도를 갖는 사포나이트가 합성되었음을 확인하였다. TGA 분석결과에서 230 에서 190 보다 더 많은 중량감소를 보였다. 상온에서 150 의 온도범위에서의 DTA 분석결과에서 230 시료에서 102 및 137 흡열피크의 확실한 분리를 확인할 수 있었으며 이를 통해 230 에서 결정도가 우수함을 확인할 수 있었다. 또한, 적외선 분광분석에서도 230 이상에서 전형적인 사포나이트 스펙트라를 볼 수 있었다. 합성한 사포나이트에 대해 열처리를 수행한 결과, 700 까지 X-선 회절피크의 저면간격(d001)이 이동되지 않음은 사포나이트가 무수 스멕타이트로 변하지 않는다는 사실을 확인하는 것이다. 또한, 활석으로부터 수열법에 의해 합성한 사포나이트의 반응기구는, 반응온도에 따라 관찰된 SEM 상으로부터, 핵생성 및 에피탁셜 성장이라고 해석된다. Saponite was synthesized with natural talc using a hydrothermal method. Synthesized saponite was characterized with XRD, SEM, DTA, TGA and infrared spectroscopy. XRD data showed that saponite was initially obtained at 190 and its crystallinity gradually increased as increasing heating temperature until 230 . The results of TGA showed that greater weight reduction occurred at 230 than at 190 . The DTA data for the range from room temperature to 150 showed clearly separated endothermal peaks at 102 and 137 for the synthesized sample at 230 . This suggests that the synthesized saponite at 230 had a good crystallinity. Infrared spectra for the material formed above 230 also showed the typical patterns of saponite. The d-spacing of d001 did not change by heating until 700 . It indicated that synthesized saponite did not change to heated-smectite. The SEM micrographs for saponite synthesized at various temperature showed that saponite crystal formed by a nucleation and epitaxial growth.

활석을 이용한 사포나이트의 수열합성

배인국,장영남,채수천,류경원,최상훈 한국광물학회 2003 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.16 No.2

삼팔면체형의 스멕타이트계 사포나이트(saponite)를 천연 광물질인 활석을 이용하여 수열법에 의해 합성하였다. 출발물질은 활석에 Na₂CO₃를 첨가하여 공기중에서 800℃로 가열한 후, 화학양론적 조성에 맞게 Al(No₃)₃·9H₂O 및 Mg(No₃)₂·6H₂O 금속염 수용액을 첨가하였고, pH는 7∼12 범위 내로 NH₄OH 수용액에 의해 조절하여 제조하였다. 수열반응 조건은 약 1리터의 수열반응 용기에서 230 ℃, 압력은 25∼75 kgf/㎠의 범위 내에서 10∼60시간이었다. 실험결과, 반응온도 및 회전속도를 230℃와 180 rpm으로 고정시킨 수열조건 하에서 반응시간, 반응압력, pH 조건을 각각 40시간, 25 kgf/㎠, 약 10으로 하였을 때, 그리고, 화학조성을 화학양론적 조성에 필요한 Na₂O의 양보다 200% 과량 추가하였을 때, 양호한 사포나이트가 합성되었다. 또한 압력을 75 kgf/㎠까지 증가시켜도 결정도에 미치는 영향은 미미하였으며, 반응시간이 길수록 더 좋은 결정도를 나타냈다. Saponite was synthesized from talc by hydrothermal method. The starting material was prepared by adding Al(N0₃)₃·9H₂0 and Mg(N₃)₂·6H₂O solution to the talc powder, which was previously activated in air at 800℃ together with Na₂C0₃. The alkalinity of the solution was controlled by NH₄0H solution. The autoclaving was carried out in the closed stainless steel vessel (about 1 liter) for 40 hours under the pressure of 25 ㎏f/㎠ at 230℃. The characterization of the reaction product shows that saponite was crystallized successfully. After the experimental results, pressure was not sensitive parameter in the range of 25-75 ㎏f/㎠, but longer reaction time results in better crystallinity.

쵸크랄스키법에 의한 LiLa1-xNdx(MoO4)2 단결정 육성 연구

배인국,채수천,장영남,김상배 한국세라믹학회 2004 한국세라믹학회지 Vol.41 No.9

Nd:LLM (Nd:LiLa(MoO4)2) single crystals for the laser host material were grown by the Czochralski method. The Nd:LLM grown single crystals cracked easily, and the reasons of cracks are generally related with phase transition, incongruent melting, chemical heterogeneity of composition, geometric thermal structures of imbalance and growth direction. We confirmed that phase transition is not observed by TG-DTA thermal analysis, and the XRD analysis revealed congruent melting in our products. It was confirmed that the volatilization of Li2O composition is the important reason of chemical heterogeneity. The geometric thermal profile of the resistance furnace of our own design was controlled with a crucible height. Also, Nd:LLM crystal affected growth direction, and was the best quality in case of [101] growth direction. The distribution and effective distribution coefficient of Nd3+ ion were accomplished by PIXE analysis. 레이저 모체재료용 Nd:LLM (Nd:LiLa(MoO4)2) 단결정을 쵸크랄스키법으로 성장시켰다. 성장된 Nd:LLM 단결정은 균열 등이 쉽게 발생하였는데, 균열의 원인은 상전이, 불합치용융, 구성성분의 화학적 불균질, 열적구조의 불균형 및 성장방향 등이 있다. 성장된 단결정의 TG-DTA 열분석 결과 상전이는 없었으며, XRD 회절분석에 의해 합치 용융체임을 확인하였다. Li2O 성분의 휘발은 화학적 불균질에 중요한 원인이었다. 자체 제작된 저항발열로의 온도프로파일은 도가니 높이로 조절하였다. 또한, LLM 결정은 성장방향에 따라 단결정의 성장에 영향을 받았으며, [101]의 방향의 성장에서 단결정의 품질이 가장 우수하였다. 성장된 단결정의 Nd3+ 이온의 분포 및 유효편석계수은 PIXE 분석에 의해 수행되었다.

쵸크랄스키법에 의한 LiLa_1-xNd_x(MoO₄)₂ 단결정 육성 연구

배인국,채수천,장영남,김상배,Bae In-Kook,Chae Soo-Chun,Jang Young-Nam,Kim Sang-Bae 한국세라믹학회 2004 한국세라믹학회지 Vol.41 No.9

레이저 모체재료용 Nd:LLM (Nd:LiLa(MoO$_4$)$_2$) 단결정을 쵸크랄스키법으로 성장시켰다 성장된 Nd:LLM 단결정은 균열 등이 쉽게 발생하였는데, 균열의 원인은 상전이, 불합치용융, 구성성분의 화학적 불균질, 열적구조의 불균형 및 성장방향 등이 있다. 성장된 단결정의 TG-DTA 열분석 결과 상전이는 없었으며, XRD 회절분석에 의해 합치 용융체임을 확인하였다. Li$_2$O 성분의 휘발은 화학적 불균질에 중요한 원인이었다. 자체 제작된 저항발열로의 온도프로파일은 도가니 높이로 조절하였다 또한, Nd:LLM 결정은 성장방향에 따라 단결정의 성장에 영향을 받았으며, (101)의 방향의 성장에서 단결정의 품질이 가장 우수하였다. 성장된 단결정의 N$d^{3+}$ 이온의 분포 및 유효편석계수은 PIXE분석에 의해 수행되었다. Nd:LLM (Nd:LiLa(MoO$_4$)$_2$) single crystals for the laser host material were grown by the Czochralski method. The Nd:LLM grown single crystals cracked easily, and the reasons of cracks are generally related with phase transition, incongruent melting, chemical heterogeneity of composition, geometric thermal structures of imbalance and growth direction. We confirmed that phase transition is not observed by TG-DTA thermal analysis, and the XRD analysis revealed congruent melting in our products. It was confirmed that the volatilization of Li$_2$O composition is the important reason of chemical heterogeneity. The geometric thermal profile of the resistance furnace of our own design was controlled with a crucible height. Also, Nd:LLM crystal affected growth direction, and was the best quality in case of (101) growth direction. The distribution and effective distribution coefficient of Nd$^{3+}$ ion were accomplished by PIXE analysis.s.

쵸크랄스키법에 의한 $Bi_4Ge_3O_{12}$ 단결정 육성 및 화학조성이 광학적 성질에 미치는 영향

배인국,황진명 한국결정학회 1999 韓國結晶學會誌 Vol.10 No.1

주파수 무선센서에 의한 자동직경제어방식으로 쵸크랄스키법에 의해 Bi4Ge3O12 단결정을 육성하였다. Bi4Ge3O12의 화학양론적 조성으로부터 Bi2O3와 GeO2의 조성비를 변화시키면서 단결정을 육성하였다. 광학적인 투과도 조사결과, 화학양론적 조성에서 가장 우수한 투과도를 나타내었고 과잉의 Bi2O3에서는 투과도가 현저히 낮아졌다. 또한 육성된 단결정의 결함밀도는 ∼1×103/cm2이었다.

산처리된 용융슬래그와 NaOH의 수열반응

이성기,배인국,장영남,채수천,류경원 대한지질학회 2007 대한지질학회 학술대회 Vol.2007 No.

규질 이암으로부터 Na-A형 제올라이트의 scale-up 수열합성 및 중금속흡착

배인국 ( In Kook Bae ),장영남 ( Young Nam Jang ),신희영 ( Hee Young Shin ),채수천 ( Soo Chun Chae ),류경원 ( Kyoung Won Ryu ) 한국광물학회 2008 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.21 No.4

포항지역 널리 분포하고 있는 규질이암으로부터 상업화를 위한 50리터 bench scale 수열장치를 사용하여 Na-A형 제올라이트의 합성을 성공적으로 수행하였고 또한 이 제올라이트를 이용하여 환경개선재로 활용하는 연구를 수행하였다. 초기물질로 사용된 규질이암은 제올라이트의 주요 성분인 SiO2 및 Al2O3가 각각 70.7% 및 10.0% 함유되어 제올라이트의 합성에 유리한 조성을 가지고 있다. 이전의 실험실적 규모에서 수행된 동일한 조건인 Na2O/SiO2=0.6, SiO2/Al2O3=2.0, H2O/Na2O=98.6의 조성비로 80℃에서 18시간 동안 합성한 결과, Na-A형 제올라이트의 결정도 및 결정형태는 실험실적 규모와 유사하였고, 회수율 및 양이온교환능은 각각 95% 및 215cmol/kg으로 실험실적 규모에서 보다 약간 우수한 결과를 나타냈다. 합성된 Na-A형 제올라이트를 이용하여 모사폐액(Pb, Cd, Cu, Zn 및 Mn)에 중금속 제거율을 조사한 결과, 중금속 제거율은 Pb >Cd >Cu=Zn >Mn의 순서이었다. Mn을 제외한 다른 중금속들은 1500 mg/L에서 99% 이상의 제거율을 보였고, Mn의 경우도 98%의 제거율을 보여 합성된 Na-A형 제올라이트는 중금속 흡착제로서 우수한 특성을 나타냈다. The feasibility of commercializing the hydrothermal synthesis of Na-A type zeolite from siliceous mudstone has been conducted using a 50-liter bench-scale autoclave and the application of the zeolite as an environmental remediation agent. Siliceous mudstone, which is widely distributed around the Pohang area, was adopted as a precursor. The siliceous mudstone is favorable for the synthesis of zeolite because it contains 70.7% SiO2 and 10.0% Al2O3, which are major ingredient of zeolite formation. The synthesis of zeolite was carried out under the following conditions that had been obtained from the previous laboratory-scale tests: 10 hr reaction time, 80℃ reaction temperature, Na2O/SiO2 ratio=0.6, SiO2/Al2O3 ratio=2.0 and H2O/Na2O ratio=98.6. The crystallinity and morphology of the zeolite formed were similar to those obtained from the laboratory-scale tests. The recovery and cation exchange ion capacity were 95% and 215 cmol/kg, respectively, which are slightly higher than those obtained in laboratory scale tests. To examine the feasibility of the zeolite as an environmental remediation agent, experiments for heavy metal adsorption to zeolite were conducted. Its removal efficiencies of heavy metals in simulated waste solutions decreased in the following sequences: Pb >Cd >Cu=Zn >Mn. In a solution of 1500 mg/L total impurity metals, the removal efficiencies for these impurity metals were near completion (>99%) except for Mn whose efficiency was 98%. Therefore, the synthetic Na-A type zeolite was proven to be a strong absorbent effective for removing heavy metals.