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졸겔법에 의한 BaTiO3 나노결정의 합성과 응용

전문가 제언: ○ 스마트폰, 내비게이션, 등의 휴대용 전자기기는 소형·경량화와 함께 다기능화가 지속되고 있다. 이러한 추세에 맞추어 적층칩 커패시터(MLCC)는 개발 초기에는 3216(3.2㎜×1.6㎜), 2014(2.4㎜×1.4㎜)로 시작되어 점차 소형화되었다. 최근에는 0603(0.6㎜×0.3㎜), 0402(0.4㎜×0.2㎜)가 대량 생산되고, 0201(0.2㎜×0.1㎜)인 초소형 부품도 개발되고 있다.

○ 커패시터의 정전용량을 높이려면, ① 유전체 양면의 전극판 사이의 간격이 좁을 것, ② 전극의 면적이 클 것, ③ 유전체의 비유전율이 높을 것, 등의 조건이 필요하다. 즉 MLCC를 대용량화하기 위해서는 1㎛ 이하 두께의 유전체 층을 수백 층 적층해야 한다. 이때 그린 시트(green sheet)의 박층화를 실현하려면, (Ba,Ca)(Ti,Zr)O3 강유전체 분말의 미립화가 반드시 이루어져야 한다.

○ MLCC용 유전체 분말은 종전에는 입경이 500㎚ 이상의 수준이었고, 그 후 150∼300㎚ 급의 미립분말을 사용하고 있다. 최근에는 100㎚ 이하의 유전체 분말을 액상법인 공침법, 졸겔법, 수열법, 등으로 합성하고 있다. 본 문헌에서는 졸겔법으로 BaTiO3 나노결정을 합성했다. 출발물질인 용액상태의 전구체 농도를 높이고, 결정체의 표면개질을 개선하여 분산성을 높였다.

○ 또 BaTiO3 나노결정과 수지를 혼합하여 유기무기 복합체를 제조하고, 이것을 이용하여 유전체 박막과 투광성 복합체를 개발했다. 액상법을 이용하여 유전체 나노분말을 합성하는 연구는 오래 전부터 국내외의 다수의 대학 또는 전문 연구기관에서 수행되고 있다. 또 MLCC 전문제조업체인 삼성전기(주), 삼화콘덴서공업(주), 등에서도 실용화를 위한 연구가 진행 중이다.

○ 장래의 디스플레이 장치인 전자종이(e-paper)에 응용할 수 있는 초박형 박막 커패시터 등의 박형 부품을 개발하기 위해서 유전체와 수지의 복합체 연구에도 관심을 높여야 한다. 또 광학소자를 목표로 하는 원천기술을 확보하기 위해서 유전체 나노결정을 이용한 투광성 복합체에 대한 연구도 필요하다.

저자: Masashi Arimura, Koichi Suematsu, Naoyuki Uchiyama, Shingo Saita, Teruhisa Makino
자료유형: 니즈학술정보