공침법과 층별 코팅법을 이용하여 β-NaYF₄∶Yb³⁺/A³⁺ (A=Er, Ho, Tm)를 핵으로 하고 NaLuF₄, NaYF₄, NaGdF₄를 비활성 껍질로 하는 다양한 핵-껍질 구조 상변환 나노결정을 제조하였다. 상변환 발광 스펙트럼과 발광 수명 측정법을 통해 비활성 껍질 조성이 핵-껍질 구조 상변환 나노결정의 발광 성능에 미치는 영향 규칙과 메커니즘을 연구하였다. 실험 결과, 핵-껍질 구조 나노결정의 상변환 발광 강도와 Yb³⁺ 발광 수명이 비활성 껍질에 따라 다음과 같이 감소하는 경향을 보였다: NaLuF₄>NaYF₄>NaGdF₄. 즉, 세 가지 비활성 껍질은 표면 소광 현상을 억제하는 능력이 차례로 약해졌다. 이러한 차이는 소광 경향이 높은 수중 분산 환경에서 더욱 두드러지게 나타났다. 이론 계산에 따르면, 다양한 껍질 재료의 유전 상수 차이가 성능 차이의 핵심 요인일 수 있으며, NaLuF₄는 상대 유전 상수가 가장 낮아 핵 내 활성 이온과 표면 흡착 기지의 전기 쌍극자 모멘트 상호작용을 효과적으로 감소시켜 비복사 에너지 손실을 억제하였다. 본 연구는 비활성 껍질의 유전 특성이 표면 소광 효과에 미치는 잠재적 영향을 밝히며, 고휘도 상변환 나노결정 핵-껍질 조성 설계에 지침을 제공할 수 있다.

핵-껍질 구조 나노결정; 상변환 발광; 비활성 껍질; 유전 상수