[논문]화재감지센서 활용을 위한 BaT<tex>$iO_3$</tex>계 PTC 서미스터의 특성에 관한 연구

추순남; 최명규; 백동현; 박정철

[국내논문] 화재감지센서 활용을 위한 BaT$iO_3$계 PTC 서미스터의 특성에 관한 연구
A Study on the Characterstics of the BaT$iO_3$PTC Thermistor for Fire Detection Sensor 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.16 no.4, 2002년, pp.15 - 19

추순남 (경원전문대학 전기제어시스템과) , 최명규 (경원전문대학 전기제어시스템과) , 백동현 (경원전문대학 소방안전관리과) , 박정철 (경원전문대학 전자정보과)

초록
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BaTiO$_3$계 PTC 서미스터의 조성개발을 위해 (Ba$_{0.95-x}$S $r_{0.05}$C $a_{x}$)$TiO_3$-$0.01TiO_2$-$0.01SiO_2$-$\alpha$MnCO_3$-$\beta$Nb_2$o_{5}$와 같은 실험조성식을 설정한 후 최적 조건하에서 적층형 PTC시편을 제작하여 실험하였다. 실험 결과, 시편제조시의 최적 소결온도와 냉각속도는 각각 $1350^{\circ}C$-2 hour및 $100^{\circ}C$/h였다. 또한 상온저항을 낮추는 효과가 있는 Dopant로서의 Ca와 Mn 그리고 피크(peak)저항값을 높일 수 있는 Nb를 Ca:5 mol%, Mn:0.08 mol%, Nb:0.18 mol%로 함으로써 비교적 낮은 상온저항과 높은 피크(peak)저항 및 양호한 온도계수 특성이 나타났으며, 화재감지센서로서의 활용 가능성을 확인하였다.다.다.

Abstract ▼ AI-Helper

This dissertation is about the development of $BaTiO_3$-type PTC(Positive Temperature Coefficient) thermistor by composition method. A multilayer-type PTC samples were fabricated under optimal conditions after setting the experimental composition equation as ($Ba_{0.95-x}$S $r_{0.05}$$Ca_{x}$ )$TiO_3$-$0.01TiO_2$-$0.01SiO_2$-$\alpha$$MnCO_3$-$\beta$N $b_2$ $O_{5}$.) and their testing results were analyzed. The optimal sin-tering and cooling temperatures were 13$50^{\circ}C$ for two hours and $100^{\circ}C$/h for an hour, respectively; By composing Ca and Mn, dopants to lower the resistivity at room temperature, and Nb, a dopant to raise peak resistivity(Ca:5 mol%, Mn:0.08 mol%, Nb:0.18 mol%), appropriately, a PTC thermistor, having the characteristics of relatively low resistivity at room temperature and high peak resistivity and a good temperature coefficient, has been developed. And we find that it is possible of application for fire detection sensor.r.r.

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문제 정의

본 연구에서는 화재감지소자로서의 활용을 위해 상온과 고온에서의 온도 특성이 좋은 BaTiQ계 PTC 세라믹스의 개발을 목표로 Ca 첨가물과 공정 조건에 따른 그 최적특성을 실험적으로 연구하고자 한다.
BaTiS계 PTC 서미스터의 조성은 화재감지센서로 활용하기 위한 기초실험이다. 상온저항을 낮추는 효과가 있는 Dopant로서의 Ca, Mn과 피크(peak)저항을 높일 수 있는 Nb에 대해 각각 Ca:5 mol%, Mn:0.

제안 방법

주어진 조성에 따라 각 시료를 l0Tg까지 평량하고 분말의 혼합 및 분쇄는 프레네터리 볼밀(planetary ball mill)장치를 이용하였으며 분산매로 3차 증류수를 사용하였다. 1차 혼합 및 분쇄 작업 후 100℃에서 24시간 건조하였으며, 지르코니아 도가니에 넣고 1100℃에서 2시간 열처리하였다.
열처리가 끝난 시료에 MnCQj를 추가로 첨가한 후 2차 혼합 및 분쇄를 실시하였다. 2차 혼합 및 분쇄시 성형 조제로서 바인더인 PVA(5%) 를 기준 g의 0.5 wt% 첨가하였다. 혼합 과정을 거친 시료를 건조한 후에 입자의 크기를 작고 균일하게 하고 소결시의 구동력을 크게 하기 위해서 140 mesh의 망체(sieving)를 사용하여 입자가 고르게 되어지도록 체치기 하였다.
5 wt% 첨가하였다. 혼합 과정을 거친 시료를 건조한 후에 입자의 크기를 작고 균일하게 하고 소결시의 구동력을 크게 하기 위해서 140 mesh의 망체(sieving)를 사용하여 입자가 고르게 되어지도록 체치기 하였다. 시편의 성형을 위해 원통형 몰드를 사용하여 1.
2 ton/cn?의 압력으로 성형한 후 전기로에서 시편을 YSZ(Yttria stabilized Zirconia) 세터 위에 올려놓고 소결하였다소결 온도는 135(TC로서 2시간을 유지하여 시행하였으며 승온 속도는 30(rC/h였고, 소결 온도에서 700℃까지는 100℃/h의 속도로 냉각하였다. 소결이 끝난 시편의 전기적인 특성을 측정하기 위해서 시편 양면에 저항성 접촉 전극인 Zn-Ag을 이중으로 도포 후에 580℃에서 10분 동안 열처리하였다.
냉각속도 변화에 따른 PTC 특성을 알아보기 위해(0.90Ba+0.05Sr+0.05Ca)Ti03+0.01Ti02+0.01Si02+ O.OOOGMnCQi+O.O/NbzQ;의 조성식을 갖는 PTC 세라믹스에 있어서 1350℃에서 소결 후 70UC까지의 냉각속도를 70, 100, 150, 200, 25CPC/h의 5단계로 실험하였다. 이결과 평균 결정립의 크기가 증가했으며 200℃/h인 경우에 22.
Ca 첨가량에 따른 PTC서미스터의 특성을 조사하기 위해 Table 1과 같이 시료를 조성하고 Ca의 첨가량을 0, 5, 10, 15 mol%까지 변화시키면서 실험하였다. 측정은 선형간섭방법을 이용하였으며 Fig.
BaTiS계 PTC 서미스터의 조성은 화재감지센서로 활용하기 위한 기초실험이다. 상온저항을 낮추는 효과가 있는 Dopant로서의 Ca, Mn과 피크(peak)저항을 높일 수 있는 Nb에 대해 각각 Ca:5 mol%, Mn:0.08 mol%, Nb:0.18 mol%로 함으로써 비교적 낮은 상온 비저항과 높은 피크(peak) 비저항값을 갖도록 하였으며 실험한 결과는 다음과 같다.

대상 데이터

본 실험에 사용된 시료는 순도 99% 이상의 시약급 원료로 조성하였으며, 산화물 혼합법을 이용하여 제조하였다. 기본적인 실험 조성은 (Bao.
본 실험에 사용된 시료는 순도 99% 이상의 시약급 원료로 조성하였으며, 산화물 혼합법을 이용하여 제조하였다. 기본적인 실험 조성은 (Bao.95.xSr0.o5CaxTi03)- 0.01Ti03-0.01Si02-aMnC03-|3Nb205.)과 같이 하였다.

성능/효과

13001와 1280»C에서 소결된 시편의 저항 값은 측정범위를 벗어났기 때문에 측정할 수 없었다. 결과적으로 135OC가 적절한 소결 온도임을 알 수 있다.
O/NbzQ;의 조성식을 갖는 PTC 세라믹스에 있어서 1350℃에서 소결 후 70UC까지의 냉각속도를 70, 100, 150, 200, 25CPC/h의 5단계로 실험하였다. 이결과 평균 결정립의 크기가 증가했으며 200℃/h인 경우에 22.92 Hm로 가장 크게 나타났다.
Ca 첨가량에 따른 PTC서미스터의 특성을 조사하기 위해 Table 1과 같이 시료를 조성하고 Ca의 첨가량을 0, 5, 10, 15 mol%까지 변화시키면서 실험하였다. 측정은 선형간섭방법을 이용하였으며 Fig. 5와 같이 평균 결정립의 크기 (Mean grain size)는 첨가량이 0 mol%인 경우에는 10.78 [im로 가장 작게 나타났다. Ca를 첨가할 경우 결정립의 크기는 커지는 경향을 보였으며 5 mol%인 경우에 18.
순수한 BaTiQ,의 큐리 온도 (入)는 120℃ 부근인데, Sr의 첨가로 인하여 100℃ 부근으로 내려갔다. 측정은 30℃~280℃ 사이에서 5℃ 간격으로 행하였고, Fig. 6에서와 같이 큐리 온도 (100℃) 이하에서는 비저항의 변화가 거의 없는 직선 적인 구간이 나타났으며, 큐리 온도에서부터 비저항은 비선형적인 증가 현상을 보이기 시작했나. 또한 0 mol%을 제외하고는 Ca의 첨가량이 증가함에 따라 피크(peak) 비저항 온도도 점점 감소함을 알 수 있다.
1. 소결온도와 냉각속도는 PTC 세라믹스의 저항특성에 큰 영향을 주며 최적 소결온도 및 냉각속도는 각각 1350℃-2시간, 100℃/h 이었다.
2. Ca 첨가시 상온저항과 피크(peak) 저항이 대체로 감소하고 있으며 Ca-5 mol% 첨가시 비교적 낮은 상 온저항과 높은 피크(peak) 저항이 관측되었다.
3. 냉각속도 변화에 따른 상온 비저항 및 온도계수가 감지기의 동작온도인 7(rc에서 가장 높게 나타나 화재 감지 센서 로서 의 활용에 유용함을 확인 하였다. 본 실험을 통해 BaTiS 계 PTC 서미스터의 양산성과 안정성이 큰 재료의 구성값을 확인하였다.
냉각속도 변화에 따른 상온 비저항 및 온도계수가 감지기의 동작온도인 7(rc에서 가장 높게 나타나 화재 감지 센서 로서 의 활용에 유용함을 확인 하였다. 본 실험을 통해 BaTiS 계 PTC 서미스터의 양산성과 안정성이 큰 재료의 구성값을 확인하였다. 또한 냉각속도 변화에 따른 상온 비저항 및 온도계수가 화재 감지 요건에서 가장 크게 나타나 화재감지센서로서의 활용 가능성을 입증하였다.
본 실험을 통해 BaTiS 계 PTC 서미스터의 양산성과 안정성이 큰 재료의 구성값을 확인하였다. 또한 냉각속도 변화에 따른 상온 비저항 및 온도계수가 화재 감지 요건에서 가장 크게 나타나 화재감지센서로서의 활용 가능성을 입증하였다.

참고문헌 (11)

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상세보기
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이용현 외 4명, 'PTC서미스터 소자의 개발(II)', 센서기술 연구소(1993)
백동현, 김용혁, 최일수, 화재감지센서용 PZN-PSS-PZT계 초전재료의 전기적 특성에 미치는 $MnO_2$ 첨가제의 영향, 한국소방학회지 Vol. 9, No. 2, pp.29-36,(1995)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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