전기 전도도, 임피던스 및 모듈러스 해석을 이용한 Li2O-0.5B2O3-0.5SiO2 유리의 완화 현상 연구

김맥,류희제,양용석 한국물리학회 2017 새물리 Vol.67 No.1

리튬이온 박막전지 전해질로 활용되는 Li$_2$O-0.5B$_2$O$_3$-0.5SiO$_2$ (LBSO) 유리의 이온 전도 및 유전 완화 특성을 연구하였다. 유리 시료는 용융 급랭법으로 제조하였으며, 전기측정 주파수는 100 Hz $\sim$ 30 MHz, 온도 영역은 30 $\sim$ 700 $^\circ$C이고 승온율은 2 $^\circ$C/min였다. LBSO 유리의 이온 전도 및 유전 완화 특성은 전기 전도도, 임피던스, 모듈러스 표현법으로 분석하였다. Jonscher의 보편 지수법칙과 Cole-Cole 모델로 구한 $dc$ 및 $ac$ 전도에 대한 활성화 에너지는 각각 0.56, 0.56 eV와 0.55, 0.53 eV이었다. 이는 이온들이 장거리 및 단거리 이동에서 겪는 퍼텐셜 장벽의 높이가 유사함을 의미한다. 주파수에 따른 복소 모듈러스를 Kohlrausch-Williams-Watts (KWW) 함수로 맞추기 하였고, 전기 전도도 및 복소 임피던스 표현법과 비교하였다. We investigated the dielectric relaxation properties of Li$_2$O-0.5B$_2$O$_3$-0.5SiO$_2$ (LBSO) glass, which is used as a thin-film Li-ion battery electrolyte. The glass sample was synthesized by using the melt quenching method, and the electrical properties were measured in the frequency and temperature ranges of 100 Hz $\sim$ 30 MHz and 30 $\sim$ 700 $^\circ$C at a heating rate of 2 $^\circ$C/min, respectively. The ionic conductivity and the dielectric relaxation of the LBSO glass were analyzed by employing its electrical conductivity, complex impedance and modulus. The $dc$ and the $ac$ activation energies obtained using Jonscher’s universal power law were 0.56 and 0.56 eV, and those obtained using Cole-Cole plot were 0.55 and 0.53 eV, respectively. The similar values of the $dc$ and the $ac$ activation energies indicate that the potential barrier heights between long and short distances for the ions to move are close to each other. The frequency dependency of the modulus could be fitted using the Kohlrausch-Williams-Watts model, and the results were compared with those obtained from an electrical impedance and conductivity analysis.

파일럿 롤투롤 스퍼터로 증착한 plasma polymer/inorganic 다층박막의 반사방지 및 발수 특성 연구

김맥,김성현,강태운,이재흥,이상진 한국진공학회 2018 한국진공학회 학술발표회초록집 Vol.2018 No.2

Structural, optical, and electrical properites of Cu/plasma-polymer-fluorocarbon nanocomposite films deposited by MF sputtering

김맥,김성현,이상진 한국고분자학회 2019 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 Vol.44 No.1

Ionic Conductivity in Mixed Alkali-Borate Glasses

김맥,양용석,송철호,진근영,최현우,임영훈 한국물리학회 2007 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.51 No.2I

The temperature- and frequency-dependent ionic conductivity in (Li1.xNax)2B4O7 (LNBO), (Li1.xKx)2B4O7 (LKBO) and (Li1.xRbx)2B4O7 (LRBO) glasses have been investigated using Xray diffraction (XRD) and an impedance/gain-phase analyzer. We have specifically focused on the dielectric properties in frequency and temperature domains, and those have been analyzed by using a power law. We have found that the dc conductivity value decreases with heavy elements on mixing the alkali ions in the glass structure. For the LNBO, LKBO and LRBO glasses, the mixed alkali effect is observed to become stronger with decreasing temperature and increasing mismatch of the element size. The concentration dependence of the activation energy of the dc conductivity is characterized in the framework of reverse-Monte-Carlo-produced structural models in combination with the bond-valence technique.

전기 전도도와 임피던스 해석을 이용한 Li$_2$O-0.8P$_2$O$_5$-0.2B$_2$O$_3$ 유리의 이온 전도 특성 연구

김맥,양용석 한국물리학회 2017 새물리 Vol.67 No.11

We investigated the ionic conduction properties of Li$_2$O-0.8P$_2$O$_5$-0.2B$_2$O$_3$ (LPBO) glass, which is used as a thin-film Li-ion battery electrolyte. The glass sample was synthesized by using the melt quenching method. We used Raman spectroscopy to analyze the network microstructure mode of the LPBO glass. The ionic conductivity of the LPBO glass could be explained by employing the electrical conductivity and the complex impedance representation. The electrical measurements were carried out in the frequency and temperature ranges of 100 Hz~30 MHz and 30~600 $^\circ$C at a heating rate of 2 $^\circ$C/min, respectively. The $dc$ and the $ac$ activation energies obtained from Jonscher's universal power law were 0.51 and 0.45 eV, and those were 0.50 and 0.48 eV from the Cole-Cole plot. The $dc$ conductivity of the LPBO glass was ~10$^{-7}$ S/cm at room temperature. The similarity of the values of the $ac$ and the $dc$ activation energies indicate that the heights of the energy barriers for ion conduction are not markedly different from each other. 리튬이온 박막전지의 전해질로 응용되는 Li$_2$O-0.8P$_2$O$_5$-0.2B$_2$O$_3$ (LPBO) 유리를 용융 급랭법으로 제조하고 이온전도 특성을 연구하였다. Raman 분광 결과로부터 LPBO 유리의 미세구조 분광모드를 분석하였다. LPBO 유리의 이온전도 특성을 전기 전도도, 임피던스 표현법으로 설명하였다. 유리의 전기반응을 측정하기 위한 주파수는 100 Hz~30 MHz, 온도 영역은 30~600 $^\circ$C이고 승온율은 2 $^\circ$C/min였다. Jonscher의 보편 지수법칙과 Cole-Cole 모델로 구한 $dc$ 및 $ac$ 전도에 대한 활성화 에너지는 각각 0.51, 0.45 eV와 0.50, 0.48 eV이었다. 상온에서 LPBO 유리의 이온 전도도는 ~10$^{-7}$ S/cm이었다. 활성화 에너지가 $ac$와 $dc$ 전도에 대해 유사한 것으로부터 이온전도 에너지 장벽 높이의 분포가 넓지 않음을 알 수 있었다.

2(BaO-TiO2)-SiO2 및 BaO-SrO-2TiO2-SiO2 유리들의 이온 전도와 유전 거동

임영훈,김맥,양용석 한국물리학회 2017 새물리 Vol.67 No.12

We have investigated the ionic conductivity and dielectric relaxation in perovskite-related 2(BaO-TiO$_2$)-SiO$_2$ (BTS) and BaO-SrO-2TiO$_2$-SiO$_2$ (BSTS) glasses. The sample was synthesized by using the melt quenching method. The impedance measurements were carried out in the frequency range from 100 Hz to 30 MHz and in the temperature range from 300 to 540 $^\circ$C at a heating rate of 5 $^\circ$C/min. The ionic conductivity can be characterized by applying the complex dielectric permittivity and the universal power-law driven by the modified fractional Rayleigh equation. The measured $dc$ and $ac$ activation energies of the BTS and the BSTS glasses were approximately in the range of 0.7~1.0 eV. The average value of the power-law exponent $s$ was almost constant for the BTS glass with increasing temperature, but it decreased for the BSTS glass with increasing temperature. Although the density of particles in the ion conduction of the BTS glass was higher than that in the ionic conduction of the BSTS glass, the ionic conductivities of both the BTS and the BSTS glasses were almost the same due to the potential barriers in the BTS glass being higher. 페로브스카이트-관련 2(BaO-TiO$_2$)-SiO$_2$ (BTS) 유리 및 BaO-SrO-2TiO$_2$-SiO$_2$ (BSTS) 유리의 이온 전도도와 유전 완화 특성을 연구하였다. 유리 시료는 용융된 재료를 급랭하여 제조하였다. 임피던스는 주파수 100 Hz~30 MHz, 온도 300~540 $^\circ$C 범위에서 승온율 5 $^\circ$C/min으로 측정하였다. 이온 전도도는 콜-콜 (Cole-Cole) 분석법과 수정된 부분 정수 레일리 (Rayleigh) 방정식으로부터 유도된 보편적 지수 법칙을 적용하여 분석하였다. BTS 유리와 BSTS 유리의 $dc$ 및 $ac$ 활성화 에너지는 약 0.7~1.0 eV로 측정되었다. 온도가 증가함에 따라 지수 법칙 지수 $s$의 평균값은 BTS 유리의 경우 거의 일정한 값을 지닌 반면, BSTS 유리의 경우 점차 줄어드는 특성을 보였다. 전기 전도도에 관여하는 양이온 수는 BTS 유리의 이온이 많지만 시스템 내의 평균 퍼텐셜 장벽이 BSTS 유리 보다 상대적으로 조금 높아서 두 계의 전기 전도도의 실험적 결과는 유사한 것으로 나타났다.

Synthesis and Conductivity of the Lithium-rich Borosilicate Glass System

임영훈,김맥,양용석 한국물리학회 2012 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.61 No.6

A lithium-ion conducting glass electrolyte, 5Li₂O-B₂O₃-SiO₂ (LBS), was synthesized by using the melt quenching method. The electrical conductivity was measured by using an impedance spectroscopy, and the frequency-dependent electrical data were characterized by applying the Cole-Cole representation. In the LBS glass system, the interaction between the mobile Li ions and the surrounding matrix increases as the temperature increases.

스퍼터링법으로 제작한 고경도, 고발수 플라즈마 폴리머 불소계고분자 박막의 물성 연구

김성현,김맥,강태운,이재흥,이상진 한국진공학회 2018 한국진공학회 학술발표회초록집 Vol.2018 No.2

Li$_{2}$B$_{4}$O$_{7}$-ZnO 합성유리의 이온 전도도 및 완화 동역학

임영훈,김맥,양용석 한국물리학회 2016 새물리 Vol.66 No.1

We have investigated the ionic conductivity and relaxation dynamics in Li$_{2}$B$_{4}$O$_{7}$ (LBO) and 0.9Li$_{2}$B$_{4}$O$_{7}$-0.1ZnO (LBZO) glasses. The samples were synthesized by using the melt quenching method. The impedance measurements were carried out in the frequency range from 100 Hz to 30 MHz and in the temperature range of 30 $\sim$ 700 $^\circ$C at a heating rate of 2 $^\circ$C/min. The proper relation between the exponents of the Cole-Cole representation and the stretched exponential of the modulus is characterized. The $dc$ activation energies of the LBO and the LBZO glasses were 0.70 eV and 0.75 eV, respectively, and the $ac$ activation energies were 0.66 eV and 0.71 eV, which were obtained from fits of the complex impedance Cole-Cole curves. The $ac$ activation energies obtained from the modulus representation were in good agreement with the values obtained from the Cole-Cole representation. The $dc$ conductivity was lower for the compound of ZnO in LBO glass. The activation energies of the average electric relaxation time and the dc conductivity obtained by using a complex modulus analysis showed that the LBO and the LBZO glasses satisfied the Barton, Nakajima, Namikawa (BNN) relation. Li$_{2}$B$_{4}$O$_{7}$(LBO)유리와 0.9Li$_{2}$B$_{4}$O$_{7}$-0.1ZnO (LBZO) 유리의 이온전도도와 완화 동역학을 연구하였다. 유리시료는 용융된 재료를 급랭하여 제조하였다. 임피던스는 주파수 100 Hz $\sim$ 30 MHz, 온도 30 $\sim$ 700 $^\circ$C 범위에서 승온율 2 $^\circ$C/min으로 측정하였다. Cole-Cole 표현법과 모듈러스 표현법에 사용된 지수들의 관계를 비교 분석하였다. Cole-Cole 표현법으로 얻어진 LBO 유리와 LBZO 유리의 $dc$ 활성화 에너지는 각각 0.70 eV, 0.75 eV이며, $ac$ 활성화 에너지는 0.66 eV, 0.71 eV 이었다. 복소 모듈러스 표현식으로부터 얻어진 $ac$ 활성화 에너지는 Cole-Cole 표현법으로 얻어진 값들과 일치하였다. LBO 유리에 ZnO를 합성한 결과 $dc$ 전기전도도가 줄어든다. 모듈러스 해석에 적용한 평균 전기 완화시간 및 직류 전기전도도의 활성화 에너지들로부터, LBO 유리계 및 LBZO 유리계는 각각 Barton, Nakajima, Namikawa (BNN) 관계식을 만족함을 보였다.

NaNbGeO₅ 유리의 유전완화 특성 및 전기전도도 거동

임영훈,김맥,양용석 한국물리학회 2014 새물리 Vol.64 No.12

NaNbGeO₅ 유리의 유전반응과 이온전도도를 연구하였다. 유리시료는 용융된 재료를 급랭하여 제조하였다. 임피던스는 주파수 100 Hz ~ 30 MHz, 온도 30 ~ 800℃ 범위에서 승온율 5℃/min으로 측정하였다. 유전반응 및 이온전도도는 복소유전율과 보편적 지수법칙을 적용하여 분석하였다. 유리시료는 손실이 큰 저주파 분산을 보였다. NaNbGeO₅ 유리의 직류 및 교류 전도에 대한 활성화 에너지는 유사하였으며, 이는 이온 전하운반자들이 장거리 및 단거리 이동에서 겪는 평균 퍼텐셜 장벽의 높이가 거의 같음을 나타낸다. Jonscher의 보편적 지수법칙의 관점에서 NaNbGeO₅ 유리의 이온 동역학을 논의하였다. We have investigated the dielectric response and the ionic conductivity in NaNbGeO₅ glass. The sample was synthesized by using the melt-quenching method. The impedance measurements are carried out in the frequency range from 100 Hz to 30 MHz and in the temperature range of 30 ~ 800℃ at a heating rate of 5℃/min. The dielectric response and the ionic conductivity are characterized by applying the complex dielectric permittivity and the universal power law. The sample shows high-loss low-frequency dispersion. The similar values of the dc and the ac activation energies of NaNbGeO₅ glass indicate that there is no significant difference in the energy barriers for long- and short-distance movements of charge carriers. The ionic dynamics of NaNbGeO₅ glass is discussed in terms of the exponent of the Jonscher’s universal power law.