무연계 Ba(ZrxTi1-x)O3 세라믹스의 유전특성

전문가 제언

○ 최근에 Ba(Zr0.2Ti0.8)O3계 세라믹스의 높은 압전성이 알려지면서 관심이 집중되고 있다. 이 재료를 이용하면 환경 친화적이고 가격이 저렴한 무연(lead-free) 압전세라믹스를 만들 수 있다. 그러나 하소온도가 약 1350℃, 소결온도가 1500℃ 정도로 매우 높아서, 순수한 페로브스카이트 결정상을 얻기 어려운 문제가 있다.

 

○ 강유전체 세라믹스의 유전상수(εr), 퀴리온도(Tc), 압전계수(d33), 등의 특성은 소결체의 미세구조와 치밀화 정도에 따라서 크게 달라진다. 소결온도가 높으면 제조과정에서 에너지 소비량이 크다. 또 내부 응력이 증가하고 결정구조가 쉽게 변형되는 문제가 생긴다. 자구 회전이 용이하게 일어나지 않아서 전기적 특성이 나빠질 우려도 높다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해서는 소결온도를 가급적 낮추어야 한다.

 

○ 본 문헌에서는 Ba(Zr0.2Ti0.8)O3 세라믹스를 고상 반응법으로 제조했다. 그리고 소결온도를 낮추기 위해서 소결 촉진제 기능을 하는 CuO를 첨가물로 사용했다. 즉 BZT계 세라믹스에 CuO를 0.2∼1.2mol% 첨가하여 1310℃에서 소결했다. CuO의 첨가량에 따라서 유전상수의 온도 의존성을 측정했다. 이때 첨가량이 증가하면 유전상수는 높아지고, 유전상수의 최대값을 나타내는 곡선의 폭은 넓어지고, 피크는 낮은 온도 쪽으로 이동하는 현상을 보였다. 이것을 상전이의 확산거동으로 정의하고 이론적 메커니즘을 함수식으로 규명했다.

 

○ 지금까지 알려진 무연계 압전재료는 비스무트(Bi)계 층상구조 화합물인 SrBi2Nb2O9계(약칭; SBN), (Bi0.5Na0.5)TiO3(약칭; BNT)과 (Bi0.5K0.5)TiO3 (약칭; BKT)이 있다. 그 외 (K0.44Na0.52Li0.04)(Nb0.86 Ta0.10 Sb0.04)O3(약칭; LF4)이나 KNbO3-NaNbO3계 재료가 있으나 대부분의 무연계 압전재료는 희유금속 재료를 사용함으로 원료가격이 PZT 재료에 비해서 대폭 상승하는 문제를 안고 있다. 우리나라에서도 무연 압전재료에 대해서 전자부품연구원, 한국세라믹기술원, 및 학계에서 꾸준히 연구 중이다. 괄목할 성과를 얻기 위해서 더 많은 관심과 노력이 필요하다.

저자

Zheng Sun, Lingxia Li, Haoran Zheng, Leijia Luo

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2016

권(호)

42()

잡지명

Ceramics International

과학기술
표준분류

재료

페이지

12246~12252

분석자

허*도

분석물

• 무연계 Ba(ZrxTi1-x)O3 세라믹스의 유전특성.pdf [466,790 byte]

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