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Bi3TiNbO9 압전세라믹스의 2축 배향제어

전문가 제언: ○ 압전 세라믹스는 압전 액추에이터를 구성하는 핵심재료이다. 압전 액추에이터는 장래 로봇이나 의료기기에 필요한 MEMS(micro electro- mechanical systems)와 같은 초정밀 디바이스에 응용돨 것으로 예상한다. 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 있어나 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 단결정인 LiNbO3, LiTaO3 등 다양한 성분의 물질이 개발되어 있다. 이 논문에 소개된 Bi3TiNbO9 재료도 최근에 새로 개발된 압전 세라믹스 중 하나이다. 그러나 이들 재료는 PZT 만큼의 특성을 나타내지 못하거나 제조가 어렵고, 경제성이 떨어지는 문제가 있다.

○ 이와 같은 무연 재료의 압전특성을 향상시키기 위하여, 재료의 미세구조나 결정구조를 변경하는 방법이 연구되고 있다. 즉 이 논문에서 소개한 화학적 합성법으로 만든 판상입자를 이용하거나 성형 중에 자기장을 이용하여 배향조직을 제어한다. 이 배향조직에 따라서 압전특성이 개선될 수 있다.

○ 세계 선진 각국은 경쟁적으로 강유전 특성을 가진 무연 압전재료를 개발 중이다. 우리나라에는 삼화콘덴서공업(주) 및 삼성전기(주) 등, 세계 수준의 세라믹 커패시터를 제조하는 업체가 있다. 이들은 압전체에 대해서도 많은 노하우를 보유하고 있어서, 앞으로 시장의 추이에 따라서 신속한 대응이 가능할 것으로 본다.

저자: Tohru Suzuki
자료유형: 학술정보