고유전율 세라믹스의 합성 및 특성평가

국문 초록 (Abstract)

Pd-함유 복합페로브스카이트 화합물은 일반적으로 높은 유전율과 전왜 특성 및 전기광학적특성이 우수할 뿐아니라 낮은 소성온도를 가지므로 유전체재료 및 압전소자등 다양한 응용분야에서 그 활용도가 크다.
따라서 본 과제에서는 크게 네가지 방향으로 고유전율 세라믹스의 합성과 특성평가에 대해연구를 진행하였다 첫번째는 고유전율의 재료로 유망한 Pb(Mg_⅓Nb_⅔)O_3[PMN], Pb(Zn_⅓Nb_⅔)O_3[PZN], Pb(Cd_⅓Nb_⅔)O_3[PCN], Pb(Mg_⅓Ta_⅔)O_3[PMT], Pb(Fe_½Nb_⅓)O_3[PFN], 그리고 Pb(Fe_½W_½)O_3[PFW]계에서 페로브스카이트 상안정화를 도모하였다. 두 번째는 큐리온도가 다른 이들계들을 적당하게 조합하여 큐리온도를 상온근처로 변화시켜 상온근처에서 높은 유전율 값을 얻었다 세 번째는 이들계들이 사용될 �� 전극과 함께 소성함으로 낮은 소결 특성이 요구됨으로 소결 온도를 낮출 수 있는 방안들을 조사하였다. 네 번째는 이들 Pd-함유 페로브스카이트화합물로 간단한 소자를 제작하여 특성을 조사하였다.
본 과제의 첫 번� 방향인 Pd계 복합페로브스카이트의 상안정화는 다음과 같이 진행하였다.먼저 Pd계 복합페로브스카이드 중에서 높은 유전 특성과 낮은 소결온도를 가지나 유전특성이 나쁜 pyrochlore상이 제이상으로 합성 도중에 쉽게 생성되므로 페로브스카이트 단일상을 얻기 어려운 Pb(Mg_⅓Nb_⅔)O_3[PM N], Pb(Zn_⅓Nb_⅔)O_3[PZN], Pb(Cd_⅓Nb_⅔)O_3[P CN], Pb(Mg_⅓Ta_⅔)O_3[PMT], Pb(Fe_½Nb_⅓) O_3[PFN], 그리고 Pb(Fe_½W_½)O_3[PFW]계 등을 연구대상으로 선정하였다 그리고 첨가제 첨가와 전구체 혼합법을 통하여 이들 Pb계 복합페로브스카이트 화합물의 상안정화를 조사하였다. 그래서 첨가제를 페로브스카이트 A-자리에 첨가할 경우 가장 우수한 첨가제는 이온반경이 크고 이온결합성이 우수한 Ba이었다 또한 전구체에 따라서도 이들계의 페로브 스카이트 상합성이 크게 차이가 있었다 모든 산화물을 한번에 반응시켜서 페로브스카이트를 제조하는 산화물 혼합법인 경우보다 PB을 제외한 다른 산화물을 먼저 반응시킨 후 Pb와 반응 시키는 전구체 혼합법의 경우가 페로브스카이트상 합성에 더 효과식이었다
본 과제의 두 번째 방향인 큐리온도가 다른 두 물질을 조합하여 상온에서 높은 유전율을 얻는 방법은 다음과 같다. PMN-PZN계에서 큐리온도는 PMN계가 -10℃, PZN계가 140℃인데 이들계의 양을 적당하게 조절하면 큐리온도를 상온 근방으로 가져갈 수 있어 실제 이재료들이 상용되는 상온에서 높은 유전율 값을 얻을 수가 있다. PMTPZN와PMT-PZN- PMT계등에도 위와 같은 방법으로 유전특성을 조사하였다.
본 과제의 세 번째 방향인 소결온도 저하에 관한연구는 다음과 같이 진행하였다. 앞에서 살펴본 여러계 중에서 Pb(Zn_⅓Nb_⅔)O_3 [PZN], Pb(Mg_⅓Ta_⅔)O_3[PMT], Pb(Fe_½Nb_⅓) O_3[PFN], 그리고 Pb(Fe_½W_½)O_3[PFW]계 등에서 두 계 또는 세 게를 고용하여 소결온도를 변화하면서 소결밀도를 조사하였다 조사한 여러계 중에서 PFN-PFW계를 예로들면 PFN양이 증가할수록 낮은 온도에서 높은 소결 밀도를 얻을 수가 있었다.
본과제의 네 번째 방향인 Pb함유 페로브스카이트 화합물을 이용하여 간단한 소자를 제작하여 그 특성들을 다음과 같이 살펴보았다. 먼저 여러가지 전극 형태를 갖는 장방형 압전세라믹를 제작후 이에 따른 공진 특성과 압전변압기의 출력전압특성을 살펴보았다. 공진자의 진동특성은 전극의 구조와 진동모드에 따라서 다르며 이러한 결과는 응력분포로서 유추할 수있다. 특히 부분적극의 경우 중앙에 전극을 설치한 시료에서는 λ/2모우드의 진동이 큰 반면에 양쪽 편에 전극을 설치한 시료에서는 3λ/2모우드의 진동이 크게 일어났다 한편 한쪽편 전극이나 중앙전극을 갖는 안전변압기에서는 공진전류가 큰 진동모우드에서 높은 전압이 유기되었으나, 양쪽대칭 전극을 갖는 압전변압기에서는 오히려 공진 전류가 적은 λ/2모우드에서 높은 전압이 유기되었다
또한 세가지 전극 형태중에서 양쪽대칭전극형태가 적은 입력전류에 대하여 비교적 높은 출력전압이 유기되므로 압전변압기의 실용화에 유리한 구조이다

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Perovskite phase formation and dielectric characteristics of Pb(Fe_⅔W_⅓)O_3-Pb(Fe_½Nb_½)O_3 ceramic system with addition of Pb(Fe_½Ta_½)O_3 were investigated inorder to examine the influence of Pb(Fe_½Ta_½)O_3 The ceramic system powders were synthesized via a B-site precursor route. Peculiar behaviors of frequency dispersion in dielectric constant spectra at paraelectric region were observed Lattice parameters, curie temperatures, and maximum dielectric constants increased with increasing Pb(Fe_½Nb_½)O_3

목차 (Table of Contents)

• 1. 제 1 세부과제 : Ba첨가가 PZN세라믹스의 유전특성에 미치는 영향
• ABSTRACT
• 서론
• 실험방법
• 결과 및 고찰
• 결론
• 참고문헌
• 2. 제 2 세부과제 : PMT-PZN계 Relaxor 세라믹스의 유전특성
• ABSTRACT
• INTRODUCTION
• EXPERIMENTAL
• RESULTS AND DISCUSSION
• SUMMARY
• REFERENCES