저온에서 열팽창 특성이 낮은 Zr1-xFexV2-xMoxO7의 제조

전문가 제언

○ 과학기술의 발전과 더불어 소자의 열적 안정성에 대한 요구가 높아지고 있다. 음의 열팽창계수(NTE: negative thermal expansion)를 가지는 물질은 열팽창계수 조절을 가능케 할 뿐만 아니라 거의 열팽창이 나타나지 않는(near-zero thermal expansion) 복합재료 제조에 응용할 수 있다. 특히 고온과 저온이 반복되는 가혹한 환경에서는 주변물질과 팽창과 수축을 반복하게 되는 열응력이 크게 문제가 되어 고도의 정밀성이 요구되는 측정기기 및 광학장치 설계제작에 매우 유용한 물질이다.

○ NTE 물질인 ZrV2O7는 흡습성을 나타내지 않고 비교적 넓은 온도범위에서 열적 안정성을 보여 주목받고 있는 재료이다. 그러나 ZrV2O7는 상온에서 준안정상태의 초격자 결정구조를 가지며, 저온에서 비등방성 열팽창특성을 보이고 375K 까지 매우 큰 음의 열팽창계수를 보일 뿐만 아니라 압력(1.38-1.72㎬)에 따른 가역적 상변이가 일어나는 등 열적 및 물리적 특성 개선이 필요하다.

○ ZrV2O7의 열적/물리적 안정성을 개선하기 위하여 여러 원소를 Zr(zirconium) 이나 V(vanadium)에 치환시켜 상전이온도를 낮추려는 연구가 시도되었다. 단 이온(single ion) 치환방법으로는 V5+에 P5+, Mo6+, W6+를 치환하는 시도와 Zr4+에 Nb5+, Y3+를 첨가하는 연구가 진행되었다. 또한 Cu2+/P5+ 또는 Fe3+/P5+를 Zr4+/V5+에 치환하는 이중 이온(dual-ion) 치환방법도 연구되었다. 그러나 이러한 시도가 상전이온도를 크게 낮추지 못하고 치환하는 이온량을 높이는 데도 한계를 보이고 있다.

○ 본 연구에서는 ZrV2O7 결정구조에서 Zr4+/V5+를 Fe3+/Mo6+로 치환시켜 상전이온도를 저온(190K)으로 낮추고 치환하는 이온 고용도를 높혀 저온에서 매우 낮은 열팽창특성(0.72x10-6/K)을 보이는 Zr1-xFexV2-xMoxO7 물질을 제조한 결과를 보고하였다. 고정밀 광학거울, 마이크로칩과 같은 고도의 정밀성이 요구되는 장치설계 등 우주항공 및 방산 부품재료 개발 등에 적용이 예상되는 NTE 물질의 경제적인 합성기술 개발은 이 분야 부품산업 경쟁력 향상에 크게 기여할 것이다.

저자

Baohe Yuan, et al.

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2016

권(호)

170()

잡지명

Materials Chemistry and Physics

과학기술
표준분류

재료

페이지

162~167

분석자

김*태

분석물

• 저온에서 열팽창 특성이 낮은 Zr1-xFexV2-xMoxO7의 제조.pdf [465,506 byte]

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