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도메인 제어기술에 의한 압전재료의 개발

전문가 제언: ○ 기능성 세라믹 재료를 설계할 때, 일반적으로 2~4종의 단일 금속산화물을 이용하여 합성한다. 이때 2가지 성분을 이용하면 2성분계 화합물(binary compound), 3가지 성분을 이용하면 3성분계 화합물(ternary compound)라고 부른다. 조성을 설계하는 경우에는 이 성분 수에 따라서 3차원 그래프나 삼각형 그래프를 사용하여 실험결과를 표기한다.

○ 본 논문에서 상기의 방법으로 설계된 유전체 재료를 각각 단일 성분으로 간주하고 3가지 유전체 재료를 3성분계 그래프를 이용하여 새로운 유전체 재료를 합성하였다. 이것은 현존하는 강유전체 압전재료인 PZT(Pb(Zr,Ti)O3) 를 능가하는 기능을 가진 새로운 무연 압전재료를 찾기 위함이다. 여기에 나노도메인 엔지니어링이라는 새로운 개념을 접목하여 미래에 확대되는 압전체 시장에 대응할 수 있는 매우 우수한 압전체를 개발하고 있다.

○ 일반적인 의미의 도메인(domain)은 자구(magnetic domain)를 의미한다. 이것은 인접 원자 간에 자화가 서로 평행하게 배열된 영역을 뜻하며, 자석은 여러 자구로 구성되어있다. 즉 기능성 세라믹스는 수많은 결정립(grain)으로 형성되어 있고, 이 결정립은 다시 수많은 도메인으로 구성되어 있다. 도메인 하나하나는 기능성 세라믹스의 전자기적 기능을 나타내는 모멘트(moment)를 가지고 있다.

○ 결정립의 크기를 줄이면 도메인의 크기도 줄어들지만, 결정립을 형성시키려면 더 많은 도메인이 만들어진다. 따라서 모멘트는 증가하기 때문에 기능이 향상되는 효과가 나타난다. 이와 같은 개념을 본 논문에서 나노도메인 엔지니어링이라고 표현했다.

○ 이와 같은 원료설계 방법은 많은 시간과 노력이 필요하지만, 난해한 문제는 아니다. 이미 산업체 연구소에서는 오래 전부터 시도해 온 방법 중에 하나이다. 앞으로도 새로운 기능성 세라믹스를 개발하기 위해서 도전해 봄 직한 기술이라고 생각한다.

저자: Satoshi Wada
자료유형: 학술정보