억셉터 도핑에 의한 (K,Na)NbO3 압전 세라믹스의 기능 개선

전문가 제언

○ 폐전자기기에 대한 환경 규제가 엄격해 짐에 따라 유해한 납이 포함된 Pb(Zr,Ti)O3(PZT)을 대체하기 위한 무연계 압전 세라믹스(lead-free piezoelectric ceramics)의 개발은 매우 중요하다. 그러나 액츄에이터 등에 응용하기 위한 압전체 재료는 큰 압전계수를 가져야 하는데, 아직은 PZT를 대체할 만한 재료가 개발되어 있지 않다.

 

○ 압전계수가 높은 니오브산 알칼라인을 기초한 페로브스카이트 고용체가 2004년에 처음 소개된 이후, 이 계는 무연계 압전 세라믹스로 많은 주목을 받고 있다. 현재는 압전소자의 성능을 향상시키기 위하여 도핑으로 재료의 조성을 변화시키는 방법으로 많은 연구가 이루어지고 있고, 아울러 타 분야들과 결합한 통합적인 실용화 연구가 활발히 진행되고 있는 추세이다.

 

○ 본고는 (K0.5Na0.5)NbO3(KNN)에 억셉터 이온으로 Zr4+와 Ti4+을 소량 첨가하여 Nb5+ 이온을 치환하고 제조한 세라믹스의 구조, 압전 및 비선형 특성에 미친 영향 등을 조사한 것이다. 도핑된 KNN 시료는 치밀화되어 밀도가 높아지면서, 순수 KNN 보다 압전 특성과 안정성이 훨씬 우수하였다. 이는 소량의 이온 첨가만으로도 KNN 압전 세라믹스의 기능성을 크게 향상시킬 수 있음을 제시한 것이다.

 

○ 페로브스카이트 구조의 BaTiO3, BiNaTiO3, BiKTiO3, KNN 등이 무연계 압전 세라믹스로 관심을 끌어 있으나, 이들 중 KNN계의 세라믹스가 가장 주목을 받고 있다. 전 세계의 압전 소재 및 소자 시장의 50% 이상을 점유하고 있는 일본은 이들 무연계 압전 세라믹스에 대한 연구와 기술 개발 활동에서 앞서 있고, 그 뒤로 미국과 독일이 따른다.

 

○ 압전 재료에 대한 세계 시장의 한국 점유율은 미국, 독일, 중국과 경쟁 하고 있으며, 무연계 압전 세라믹스에 대한 관심도 크다. KNN계의 세라믹스에 대한 연구는 2000년대 후반부터 일부 대학과 연구소를 중심으로 진행되고 있으나, 실용화를 위해서는 압전 특성뿐 아니라 소자의 동작 안정성을 향상시키기 위한 노력이 더 필요하다.

저자

X. Vendrell, J.E. Garcia, X. Bril, D.A. Ochoa, L. Mestres, G. Dezanneau

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2015

권(호)

35()

잡지명

Journal of the European ceramic society

과학기술
표준분류

재료

페이지

125~130

분석자

정*생

분석물

• 억셉터 도핑에 의한 (K,Na)NbO3 압전 세라믹스의 기능 개선.pdf [468,926 byte]

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