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회전자장을 이용한 배향제어와 압전세라믹스

전문가 제언: ○ 장래에 시장이 크게 확대될 것으로 예상되는 산업 중에는 질병진단용 의료기 또는 로봇 등이 있다. 이들 기기에 필요한 초정밀 디바이스는 MEMS(micro electromechanical systems)나 액추에이터(actuator) 등이 다. 이러한 디바이스를 만들려면 강유전체 또는 압전체가 필요하다. 압전체를 대표하는 재료는 BT(BaTiO3)와 PZT((Pb[Zr(x)Ti(1-x)]O3)이다.

○ 이들 재료 중 BT는 압전정수가 PZT에 비해서 상대적으로 낮다. 그래서 큰 변위가 필요한 액추에이터에는 사용이 불가능하다. 또 PZT는 우수한 압전특성을 가지고 있으나 환경규제 물질인 산화납(PbO)을 사용해야 하는 결점이 있다. 따라서 성분 중에 납을 사용하지 않으면서 높은 압전특성을 가진 새로운 재료가 개발되어야 한다.

○ 지금까지 연구된 무연계 세라믹 압전재료는 위에서 설명한 BT 외에, BNT((Bi0.5Na0.5)TiO3), BKT((Bi0.5K0.5)TiO3) 등의 티탄산염계 및 니오븀 탄탈산염계인 (K,Na,Li)(Nb,Ta)O3 등의 페로브스카이트 구조를 가진 물질이 있다. 또 단결정에서는 LiNbO3, LiTaO3 등 다양한 성분의 물질이 개발되어 있다. 그러나 이들 재료는 PZT 만큼의 특성을 나타내지 못하거나 제조가 어렵고, 경제성이 떨어지는 문제가 있다.

○ 이와 같이 재료의 성분 조성을 바꾸는 방법 외에 최근에는 재료의 미세구조나 결정구조를 변경하여 압전특성을 향상시키는 방법이 연구되고 있다. 즉 결정립을 이루고 있는 도메인을 나노 크기로 합성하는 방법, 또는 자기장을 이용하거나 화학적 합성법을 이용하여 조직제어기술을 이용하기도 한다. 이 논문에서는 이들 방법 중에서 자기장을 이용하여 배향조직을 제어하는 방법을 이용하여 특성의 향상을 시도했다.

○ 세계 선진 각국은 경쟁적으로 강유전 특성을 가진 무연 압전재료를 개발 중이다. 우리나라는 40년 이상 세라믹 커패시터를 제조한 역사를 가지고 있다. 삼화콘덴서공업(주) 및 삼성전기(주) 등 세계 수준의 산업체는 압전체에 대해서도 많은 노하우가 축적되어 있다. 앞으로 시장의 변동에 따라서 좋은 결과를 기대할 수 있다.

저자: Satoshi Tanaka
자료유형: 학술정보