[논문]진공건조에 의한 Y, Ba, Cu 질산염의 Oxalate 침전물에 대한 연구

김배연; 이득용; 김철민; 이창제; 정성식

doi:10.4191/kcers.2007.44.8.457

진공건조에 의한 Y, Ba, Cu 질산염의 Oxalate 침전물에 대한 연구
Characterization of Vacuum Dried Y, Ba, and Cu Oxalate Precipitates 원문보기

한국세라믹학회지 = Journal of the Korean Ceramic Society, v.44 no.8 = no.303, 2007년, pp.457 - 463

김배연 (인천대학교 신소재공학과) , 이득용 (대림대학 재료공학과) , 김철민 (인천대학교 신소재공학과) , 이창제 (인천대학교 신소재공학과) , 정성식 (인천대학교 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Y, Ba and Cu nitrates were precipitated by oxalic acid at pH 4. The Y, Ba and Cu oxalate powders were vacuum dried and characterized by XRD, DT/TGA and etc. Yttrium nitrate precipitated as $NH_4Y(C_2O_4){_2}H_2O$ and converted to $Y_2O_3$ above $450^{\circ}C$. Ba precipitated with two phases, $Ba(HC_2O_4){_2}2H_2O\;and\;Ba(C_2O_4)$. The amount of each precipitates was 4 : 1, Cu precipitated non-hydrated form, $Cu(C_2O_4)$. The vacuum drying was successful to characterize precipitated powder, which had been generally known as amorphous gel.

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문제 정의

본 연구에서는 Y-Ba-Cu 계 화합물의 옥살레이트 공침물의 침전상과 열처리 거동에 대한 확인을 하고자 하였다. 이에 따라 Y, Ba, Cu 및 Y-Ba, Ba-Cu, Cu-Ba 및 123 system에 대한 침전물의 결정상을 진공 건조 방식을 통하여 Y, Ba, Cu 질산염을 옥살산에 의한 침전물의 결정상과 열처리 거동을 조사하였으며, 이를 토대로 123 고온 초전도체 공침물의 결정상 분석과 고온 초전도 분말의 공침합성에 도움이 되고자 하였다.
이에 따라 Y, Ba, Cu 및 Y-Ba, Ba-Cu, Cu-Ba 및 123 system에 대한 침전물의 결정상을 진공 건조 방식을 통하여 Y, Ba, Cu 질산염을 옥살산에 의한 침전물의 결정상과 열처리 거동을 조사하였으며, 이를 토대로 123 고온 초전도체 공침물의 결정상 분석과 고온 초전도 분말의 공침합성에 도움이 되고자 하였다.

가설 설정

공침법으로 다성분계의 물질을 합성하고자 할 때 그 침전물이 원하는 다성분계와 동일한 원자 비를 유지하고 있는 단일 화합물로 침전하는 것이 가장 바람직할 것이다. 그렇지만 대부분의 침전물은 수산화물이거나 수분의 양이 일정하지 못한 비정질 상태 또는 cluster 상태로 분석이 어렵거나 거의 분석이 이루어지지 않고 있다.

제안 방법

침전으로 얻어진 분말은 picnometer를 사용하여 그 밀도를 측정하였다.각 분말을 Micrmeritics 사제 Surface Area Analyzer Model 220으로 하였으며, 입도 분포는 SK Laser Micron Sizer를 이용하였다. 합성된 분체의 입자 형태, 크기 및 결정상 등을 관찰하기 위하여 Hitachi 사제 S/TEM Model H-600을 사용하여 투과상과 주사상을 관찰하였으며, 특정 분말들에 대하여 electron diffraction을 하였다.
고온 초전도체를 구성하는 금속과 oxalic acid가 형성하는 침전에 대하여 알아보기 위하여 Y, Ba 및 Cu nitrate를 각각 0.01 mol 씩 취한 다음 이차 증류수 200 cc에 녹이고 뷰렛을 이용하여 0.1 mol의 oxalic acid를 이차 증류수 200 cc에 녹인 용액에 서서히 가하였다. 그 다음 약 0.
고온 초전도체인 YBazCmCh-x의 구성 성분인 丫, Ba, Cu 의 질산염을 pH₄의 조건에서 oxalic acid로 침전시키고, 일반적으로 침전물인 경우 비정질 또는 gel상의 물질로 알려져 있는 침전물을 진공 건조한 다음 XRD로 결정상을 분석할 수 있었으며, 이 분말을 분석하여, 다음과 같은 결론을 얻었다.
또한, Y:Ba=l:2, Ba:Cu=2:3, Cu:Y=3:l의 비율로 각 금속의 질산염을 이차 증류수에 용해시킨 다음 위와 같은 방법으로 침전을 형성시키고 분리하여 건조하였다.
얻어진 침전물은 mullite boat에 넣고 tube fijmace에서 200°, 400°, 600° 및 800℃의 온도로 가열하여 온도에 따라서 각 침전물의 결정상이 어떻게 변흐}는지 관찰하였다. 이때의 열처리는 고온 초전도체에 있어서와 동일하게 하기 위하여 산소를 15-20ml/min의 속도로 흘려주었다.
열분석은 각 침전 분말을 Rigaku 사제 열분석기로 산소 분위기에서 10℃/min의 속도로 승온하면서 열 분석 및 열 중량 변화를 관찰하였다. 침전으로 얻어진 분말은 picnometer를 사용하여 그 밀도를 측정하였다.
열 중량 변화를 관찰하였다. 침전으로 얻어진 분말은 picnometer를 사용하여 그 밀도를 측정하였다.각 분말을 Micrmeritics 사제 Surface Area Analyzer Model 220으로 하였으며, 입도 분포는 SK Laser Micron Sizer를 이용하였다.
각 분말을 Micrmeritics 사제 Surface Area Analyzer Model 220으로 하였으며, 입도 분포는 SK Laser Micron Sizer를 이용하였다. 합성된 분체의 입자 형태, 크기 및 결정상 등을 관찰하기 위하여 Hitachi 사제 S/TEM Model H-600을 사용하여 투과상과 주사상을 관찰하였으며, 특정 분말들에 대하여 electron diffraction을 하였다.

대상 데이터

본 실험에 사용된 출발 물질로는 99.9% Y(NO)3-5H2O (Aldrich Chem.), 99% Ba(NO₃)2 (Shinyo Pure Chem.), 99% Cu(NO₃)-3H₂O (Yakuri Pure Chem.) 및 99.5% H2C2O4-2H2O (Yakuri Pure Chem.), 30% NH₄OH (Duksan Pharm.) 이었다. 또한 실험에 사용된 증류수는 전부 2 차 증류수 이다.

데이터처리

합성된 시료는 Rigaku 사제 D-Max Ⅲ X-Ray Diffractometer* 이용하여 그 결정상을 분석하였다. 이때 사용된 파장은 Ni-filtered Cu Ka로써 1.

성능/효과

그러므로 이 결과와 앞의 열 분석 결과로부터 판단해보면 X-ray 분석으로 확인 되지 않는 제 2의 물질이 침전되어 존재하고 있다고 생각된다. 즉, 미지의 Yttrium 화합물의 존재로 말미암아 열 분석 곡선에서의 편차가 발생되었으리라 생각되며, 이 물질은 X-ray 회절 pattern에서 관찰된 NH₄Y(C₂O₄)2-H₂O 보다 작은 분자량을 갖고 있으며 200℃ 이하의 온도에서 분해가 일어나는 것으로 추정할 수 있다.
Table 1은 각 침전물의 밀도와 비표면적을 나타낸 것이다. 이 표에서 볼 때 Cu의 침전물은 비표면적이 작고 밀도가 큰 것을 알 수 있으며, Y와 Ba 침전물의 경우는 밀도가 약간 작고 비표면적이 큼을 알 수 있는데 이것은 침전 분말의 agglomeration에 기인하는 것으로 생각된다,
특히, 침전을 형성시키는 동안 침전이 일어나는 속도가 Cu의 경우에는 무척 빨랐으며, Y의 경우에는 상대적으로 약간 느렸고, Ba의 경우에는 oxalic acid를 가하여 수분이 지난 후에야 서서히 침전이 일어나는 현상을 관찰할 수 있었다. 즉, 빠른 침전 반응 속도를 갖고 있는 Cu 의 경우는 침전 핵 생성이 결정 성장 보다 빠른 속도로 진행하기 때문에 미세한 분말이 얻어지지만, 반응 속도가 느린 Y 및 Ba의 경우에는 침전 핵의 생성 속도가 느리므로 인하여 결정 성장이 더 빨리 일어났기 때문으로 생각할 수 있다.

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