무연계 Bi1/2Na1/2TiO3-SrTiO3 압전 세라믹스의 코어-쉘 미세구조와 특성

전문가 제언

○ 납과 같은 중금속을 원료로 사용하는 전자소자의 사용 규제의 강화로 인해, 비납계 강유전 세라믹스인 Bi1/2Na1/2TiO3(BNT)을 기본으로 하는 연구가 많은 관심을 끌고 있다. 그러나 BNT는 큰 누설전류, 낮은 절연 파괴전압, 높은 항전계로 인해 분극처리가 어렵기 때문에 BaTiO3와 같은 다른 성분을 첨가하여 보완하려는 연구가 활발하다.

 

○ 액추에이터에 응용할 경우, 전기기계 반응이 큼에도 불구하고 BNT 압전세라믹스는 상전이를 일으키는데 필요한 큰 전기장, 큰 자기이력, 비교적 낮은 탈분극 온도와 같은 요인에 의해 제한을 받는다. 이러한 문제를 해결하는 방안으로 코어-쉘(core-shell) 구조 또는 복합재료와 같은 비균질 재료를 제조하려는 시도가 있다.

 

○ 본고는 여러 가지 제조변수를 통하여 Bi1/2Na1/2TiO3-SrTiO3(BNT-ST)을 고상반응법으로 제조하고, 발현된 코어-쉘 미세구조가 전기기계 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 소결에 의해 1차적으로 BNT 상이, 약 200℃ 높은 온도에서 ST가 형성되어 BNT-ST가 제조되었다. 이러한 2단계 반응으로 형성된 코어-쉘 미세구조는 압전 특성을 향상시킨다.

 

○ 1960년대 초에 BNT 강유전 세라믹스가 처음 소개된 후, PZT 재료를 대체하기 위한 비납계 재료의 가능성으로 인해 2000년대 중반부터 급속하게 주목받게 되었다. 특히 코어-쉘 재료는 전통적인 고용체와 비교하여 압전 재료로써 유리한 것으로 알려지고 있어, 이에 대한 연구가 세계 압전세라믹스 산업을 주도하는 미국, 독일, 일본을 중심으로 많이 이루어지고 있다.

 

○ 한국의 비납계 압전재료 연구는 초기 단계에 머물러 있고, 그것도 여러 기관에서 산발적으로 이루어지고 있는 실정이다. BNT의 경우 2000년대 중반과 후반에 국책연구소와 대학에서 연구된 바 있으나 아직은 제한적이다. 일본과 미국 등이 독점적으로 주도하고 있는 Pb계 압전 소재 및 부품의 세계시장 규모는 6조 원 규모인데, 궁극적으로 이를 대체하기 위한 비납계 재료의 개발은 중요하며, 좀 더 많은 관심이 필요하다.

저자

J. Koruza, V. Rojas, L. Molina-Luna, U. Kunz, M. Duerrschnabel, H. Kleebe, M. Acosta

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2016

권(호)

36()

잡지명

Journal of the European ceramic society

과학기술
표준분류

재료

페이지

1009~1016

분석자

정*생

분석물

• 무연계 B1 2 Na1 2 TiO3-SrTiO3 압전 세라믹스의 코어-쉘 미세구조와 특성.pdf [450,749 byte]

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