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고상 단결정 성장법에 의해 제조된 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 alc Ba(Ti,Zr)O3 단결정의 유전ㆍ압전 물성
페로브스카이트 구조 단결정은 우수한 압전특성을 가지고 있어, 앞으로 많은 분야에 응용 될 것이라고 기대되고 있다. 본 연구는 고상 단결정 성장법(Soild-State Single Crystal Growth ; SSCG)으로 성장시킨 단결정의 유전·압전물성을 측정하여 기존의 단결정성장방법으로 만든 단결정의 물성과 비교하여 그 응용에 대해 생각해 보았다. SSCG는 종자 단결정의 확산 결합으로 다결정질 재료를 열처리만으로 다결정체가 단결정으로 성장해 가는 방법이다. Undoped BaTiO₃의 경우 조성의 차이 없이 수 cm의 단결정을 제조할 수 있다. Ba(Ti,Zr)O₃and Pb(Mg_⅓Nb_⅔)O₃-PbTiO₃를 BaTiO₃단결정을 종자로 사용 SSCG법으로 성장시켰다. 성장한 단결정을 XRD 분석 및 SEM 미세구조의 관찰 결과 성장한 단결정은 균질한 페로브스카이트 상이 형성되었고, fully dense 한 단결정을 확인 할 수 있었다. 또한 단결정의 유전율 및 유전손실률을 주파수 변화와 온도 변화에 따라 측정하였다. 시편에 120℃에서 1.5kV/mm 전계를 인가하여 분극처리를 한 후, 진동모드에 따라 공진-반공진 법으로 압전물성을 측정하였다. Pb(Mg_⅓Nb_⅔)O₃-PbTiO₃의 상온 유전특성 값은 4050이고 손실률은 0.01이하였다. 압전물성 값은 d_33=1200~1500(pC/N), k_31=045%, k_33=0.88~0.90%으로 측정되었다. 고상단결정성장법으로 성장시킨 단결정을 현재 상용화하고 있는 회사들의 단결정과 물성을 비교해도 큰 차이를 보이지 않았다. 앞으로 고상단결정성장법으로 제조된 단결정의 활발할 활용이 기대된다. Some perovskite single crystals show the exceptional piezoelectric properties and are thus expected to revolutionize piezoelectric materials applications. In this investigation single crystals of BaTio₃, Ba(Zr,Ti)O₃, and Pb(Mg_⅓Nb_⅔)O₃-PbTiO₃were fabricated by the Solid-State Single Crystal Growth (SSCG) method. In the SSCG process a single crystal seed is diffusion bonded to a polycrystalline body and then heat-treated at a temperature where the single crystal seed can continue to grow into the polycrystalline body. As the results of the XRD and SEM experiments, grown single crystals had formed the homogeneous perovskite phase. Temperature and frequency dependence of dielectric constant and dielectric loss of the single crystals was also investigated. Piezoelectric properties of the SSCG production of piezoelectric single crystals were measure. After poled electric field of 1.5kV/mm at 120℃, piezoelectric properties of the samples were measured according to the piezoelectric vibration by resonance-antiresonance method. Form measure results, Pb(Mg_⅓Nb_⅔)O₃-PbTiO₃single crystal, these values were dielectric constant of 4050, dielectric loss of 0.01, electromechanical coupling coefficients, k_31 of 0.45%, k_33 of 0.88~0.90% and piezoelectric coefficient, d_33 of 1200~1500(pC/N).