Polymerizedcomplex법에 의한 Barium Cerate(BaCeO₃)의 분말합성 및 특성평가 . 2002 = Synthesis and characterization of Barium Cerate(BaCeO₃) powders by the polymerized complex method

국문 초록 (Abstract)

희토류 물질이 첨가된 barium cerate는 고체연료전지의 전해질로 사용되고, 많은 연구가 진행되고 있다. 일반적인 분말합성법으로 사용되는 고상반응법은 분말의 조성이 균일하지 못하고 분말의 크기가 크다는 단점이 있다. 반면에 polymerized complex법에 의해 분말을 제조하는 경우, 폴리에스테르화 반응을 이용하여, polymeric precursor를 만들었고 열처리 및 하소 등의 과정을 거쳐 합성하였다. 이 방법은 화학정량적인 분말합성에 적합하여 조성의 균일성을 향상시킬 수 있는 장점이 있는 것으로 알려져 있다.
본 실험에서는 polymerized complex법을 이용하여 BaCe1-xRxO3-δ (R=La, Y, x=0, 0.05, 0.1, 0.15)분말을 합성 공정에 대해 예비실험을 통하여 최적 조건을 설정하고, 제조된 분말을 여러 온도에서 하소하여 이에 따른 분말의 특성에 대하여 조사하였다.
각 온도에서 하소한 분말에 대해 XRD와 SEM과 TEM 등으로 상분석, 입자형성 관찰, 결정화 과정의 분석을 실시하였고, 분말 성형체를 제조하여 전기전도도를 측정하여 고상반응법으로 합성한 분말과 polymerized complex법으로 합성한 분말의 특성을 비교하였다.
또한 polymerized complex법의 단점인 공정시간이 오래 걸리는 점을 해결하기 위해 반응물의 온도를 균일하게 올릴 수 있는 microwave를 이용하여 반응물의 온도를 올려 공정시간을 단축시킬 수가 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Up till now both doped and undoped baruim and strontium cerates were studied and tested in various fuel cells in ceramic form. Usually the solid state electrolytes were prepared by the so-called carbonate-oxide procedure which actually is the classical ceramic preparation method. Such samples are not of sufficient micro-homogeneity, they contain various phases in an uncontrolled proportion and the porosity varies between 25 and 10%. The effect of grain size and internal surface on various physical properties conductivity, phase transitions) could only be investigated for grain sizes of a few microns.
In this work, BaCe1-xRxO3-δ (R=La, Y, x=0, 0.05, 0.1, 0.15) powders were prepared by the polymerized complex method. One of the advantages of this method for the synthesis of multicomponent oxide powders lies in the fact that a mixed-metal citric acid complex with a stoichiometric ratio can be formed in a polyester-based resin without any significant changes from its stoichiometry. The polymeric precursor was fabricated by polyesterification between metal citrate complexes and ethylene glycol. The polymeric precursor was calcined at 250～1000℃ for 5h. After calcining, XRD, SEM, TEM and electric conductivity analysis were carried out for the phase identification observation of particle morphology and size, crystallization process.
And microwave was used as energy source in polymerized complex method to ultrafine powders. Using microwave, BaCeO3 precursor began to form in several minute. Moreover particle size distribution was considerably uniform due to the effect of homogeneous heating by microwave.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론 1
• 2. 문헌조사 4
• 2.1 BaCeO3 계 산화물의 proton 전도 4
• 2.2 Polymerized complex법 7
• 2.2.1 Polymerized complex법의 원리 8
• 2.2.2 다른 화학적 접근 방식과의 비교 8
• 2.2.3 Polymerized complex법의 응용 11
• 2.3. Microwave와 재료의 상호반응 11
• 2.3.1 세라믹스 유전체의 손실기구 12
• 2.3.2. Thermal Runaway 현상 17
• 3. 실험방법 21
• 3.1 출발 원료 21
• 3.2 분말 합성 21
• 3.2.1 BaCeO3 분말 합성 21
• 3.2.1.1 Polymerized complex method를 이용한 BaCeO3 분말 합성 21
• 3.2.1.2 Microwave를 이용한 BaCeO3 분말 합성 22
• 3.2.2 BaCe1-xRxO3-δ(R=La, Y. X=0.5, 1.0, 1.5)분말 합성 24
• 3.2.3 고상반응법에 의한 분말 합성 25
• 3.3 시편의 소결 25
• 3.4 특성 평가 26
• 4. 결과 및 고찰 29
• 4.1 BaCeO3 분말 합성 29
• 4.1.1 Polymerized complex 법에 의한
• BaCeO3 분말 합성 29
• 4.1.1.1. 열분석 29
• 4.1.1.2 X-선 회절 분석 31
• 4.1.1.3 결정화 특성 35
• 4.1.2 Microwave를 이용한 BaCeO3 분말합성 35
• 4.1.2.1 X-선 회절 분석 37
• 4.2 BaCex-1RxO3(R=La, Y, X=0.5, 1.0, 1.5) 분말 합성 40
• 4.3 입자 형상 관찰 40
• 4.4 분말의 소결 특성 49
• 4.5 전기전도도의 온도 의존성 49
• 5. 결 론 58