La와 Mn이 도핑된 니오브산 알카라인계 압전세라믹스

전문가 제언

○ 환경과 건강 문제로 인하여 무게 기준으로 60% 정도의 납 성분을 포함하고 있는 PZT(Pb(Zr,Ti)O3) 압전세라믹스를 대체하기 위한 비납계 재료의 개발은 매우 시급하다. 그러나 PZT가 갖는 우수한 압전 성능에 버금가는 새로운 비납계 압전세라믹스 재료는 실용화 수준에 이르지 못하고 있다.

 

○ PZT 수준의 높은 압전 특성을 가진 니오브산 알카라인(alkaline niobate) 계의 재료인 (K0.44Na0.52Li0.04)(Nb0.86Ta0.1Sb0.04)O3가 2004년에 소개된 바 있고, 이후 이에 대한 많은 연구가 진행되었다. 이 비납계 세라믹스를 기초로 하여 다양한 첨가제를 사용하고, 조성을 변화시켜 압전 성능을 향상시키려는 많은 시도들이 있다.

 

○ La와 Mn 원소를 각각 따로 첨가하고 수행한 여러 연구에서 긍정적인 결과가 보고되고 있다. 이에 더해서 본고는 La와 Mn을 상기 재료에 다중도핑(co-doping)하고 그 효과를 조사한 것이다. La와 Mn을 다중도핑하면 결정립의 평균 크기는 감소하면서 치밀도는 증가하였고, 250℃ 이하의 낮은 온도에서 유전상수와 유전손실은 개선되었다.

 

○ 압전세라믹스는 거대한 세계 시장을 갖고 있을 뿐 아니라(압전 액추에이터의 경우에만 20십억 달러를 상회), 전자기기용 소자 외에도 의료진단, 자동차의 센서나 액추에이터 등 수많은 분야를 위한 필수 기본 기술로서 역할을 한다. 전 세계의 압전 소재 및 소자 시장에서 50% 이상을 점유하고 있는 일본은 비납계 압전세라믹스 기술의 개발을 주도하고, 미국과 독일이 뒤를 잇는다.

 

○ 한국은 일본을 제외한 미국, 독일, 중국과 세계 시장을 공유할 정도로 압전세라믹스에 대한 참여도가 높다. 따라서 비납계 압전세라믹스에 대한 관심도 크다. 그러나 2000년대 후반이 되어서야 일부 대학과 연구소에서 연구가 시작되었고, 기업들의 실질적인 성과도 미진하다. 전자기기 및 소자에 납의 사용을 규제하는 세계적인 추세에 대응하여 기술 개발에 적극적으로 나설 필요가 있다.

저자

H.E. Mgbemere, G.A. Schneider

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2016

권(호)

4()

잡지명

J. of Asian Ceramic Societies

과학기술
표준분류

재료

페이지

97~101

분석자

정*생

분석물

• La와 Mn이 도핑된 니오브산 알카라인계 압전 세라믹스.pdf [449,729 byte]

이미지변환중입니다.