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자기장 성형 프로세스에 의한 압전 세라믹스의 제조

전문가 제언: ○ 세라믹은 방향성이 큰 공유결합이나 이온결합을 갖고 있기 때문에 본질적으로 이방적인 재료라고 생각된다. 소재 자체가 잠재적인 특성을 가지고 있는데도 불구하고 우리가 미처 깨닫지 못하고 있는 독특한 물성을 찾아내는 것은 신규 물질의 발견에 버금가는 가치가 있다. 세라믹의 최소 구성단위라고 할 수 있는 결정입자의 배향을 제어함으로써 고기능성의 재료를 창출하기 위한 연구는 세라믹의 이방성에 착안한 재료설계의 개념에서부터 출발해야 한다.

○ 본 논문은 10테슬라(tesla)급의 강자기장을 이용하여 세라믹의 미세구조를 제어하고 새로운 기능을 부여함으로써 압전 세라믹스를 제조하는 방법에 관한 자료이다. 지금까지 압전 세라믹스는 티탄산지르콘산납(PZT)계가 고성능 소재로 주로 사용되었지만 환경문제 때문에 납 사용의 금지가 시급하다. S. Tanaka 등은 상기 문제의 해결책으로 납을 함유하지 않은 티탄산비스무트(Bi₄Ti₃O₁₂)계, 동-텅스텐형의 화합물 결정 등의 결정배향 및 미세구조를 강자기장을 이용하여 제어함으로써 PZT계 압전 세라믹스의 대체 가능성을 제시하였다.

○ 그러나 강자기장을 이용한 압전 세라믹 제조에 배향원리와 실험결과를 정성적으로 설명하는 것은 성형공정조건을 포함한 해석이 필요하다고 생각한다. 또한 최근의 연구에서는 압전, 전기전도도 등의 기능향상을 도모하기 위해 결정의 배향제어에 자기장의 이용은 유효한 방법이라는 보고가 많이 있다. 현재 초전도자석의 가격이 고가이므로 대량생산을 위한 강자기장 설비가 상용화되기 위해서는 개선과제의 해결노력과 시간이 필요할 것으로 생각된다.

○ 아직 국내에서는 강자기장을 이용한 세라믹 결정의 배향제어에 관련한 연구는 미진한 실정이다. 향후 세라믹 재료의 고기능화를 추구하기 위해서는 결정의 배향 및 미세구조의 제어기술이 필연적이므로 관련분야 연구자들의 관심이 있기를 기대한다.

저자: Satoshi Tanaka, Keizo Uematsu
자료유형: 학술정보