Sintering and microwave dielectric properties of $Zn_{2-2x}Si_{1+x}O_4$ (x=0~0.10) ceramics were investigated. The secondary phase of ZnO was observed in the specimen for x=0 whereas $SiO_2$ was detected in that for x=0.05. The composition of $Zn_2SiO_4$ might be clo...
Sintering and microwave dielectric properties of $Zn_{2-2x}Si_{1+x}O_4$ (x=0~0.10) ceramics were investigated. The secondary phase of ZnO was observed in the specimen for x=0 whereas $SiO_2$ was detected in that for x=0.05. The composition of $Zn_2SiO_4$ might be close to x=0.02, i.e., $Zn_{1.96}Si_{1.02}O_4$; the ratio of Zn/Si is 1.922. The insufficient grain growth was observed in the specimen of x=0. For the specimens of $x{\geq}0.05$, the grain growth sufficiently occurred through the liquid phase sintering. The value of quality factor of all specimens was dependent on the x value, i.e., the ratio of Zn/Si, whereas that of dielectric constant was independent. Relative density, dielectric constant, and quality factor ($Q{\times}f$) of the specimen for x=0.05, i.e., $Zn_{1.9}Si_{1.05}O_4$, sintered at $1,400^{\circ}C$ were 96.5%, 6.43, and 115,166 GHz, respectively.
Sintering and microwave dielectric properties of $Zn_{2-2x}Si_{1+x}O_4$ (x=0~0.10) ceramics were investigated. The secondary phase of ZnO was observed in the specimen for x=0 whereas $SiO_2$ was detected in that for x=0.05. The composition of $Zn_2SiO_4$ might be close to x=0.02, i.e., $Zn_{1.96}Si_{1.02}O_4$; the ratio of Zn/Si is 1.922. The insufficient grain growth was observed in the specimen of x=0. For the specimens of $x{\geq}0.05$, the grain growth sufficiently occurred through the liquid phase sintering. The value of quality factor of all specimens was dependent on the x value, i.e., the ratio of Zn/Si, whereas that of dielectric constant was independent. Relative density, dielectric constant, and quality factor ($Q{\times}f$) of the specimen for x=0.05, i.e., $Zn_{1.9}Si_{1.05}O_4$, sintered at $1,400^{\circ}C$ were 96.5%, 6.43, and 115,166 GHz, respectively.
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문제 정의
Zn2-2xSi1+xO4 (x=0∼0.10) 세라믹스의 소결 및 마이크로파 유전 특성에 대해서 연구하였다.
본 연구에서는 Zn/Si비를 변화시킨 Zn2-2xSi1+xO4의 소결 및 마이크로파 유전 특성을 평가하고 결과에 대해서 고찰하였다.
제안 방법
승온 속도는 10℃ /min이었으며, 자연 냉각하였다. Archimedes법으로 소결체의 부피밀도를 측정하였으며, 소결체를 분쇄하여 얻은 분말에 대해서 X-선 회절분석(D/MAX-2500 V/PC, Rigaku, Japan)을 하였다. 또한, 소결체의 표면을 연마 후 FE-SEM (field emission scanning electron microscope, S-4200, Hitachi, Japan)으로 미세구조를 관찰하였다.
Archimedes법으로 소결체의 부피밀도를 측정하였으며, 소결체를 분쇄하여 얻은 분말에 대해서 X-선 회절분석(D/MAX-2500 V/PC, Rigaku, Japan)을 하였다. 또한, 소결체의 표면을 연마 후 FE-SEM (field emission scanning electron microscope, S-4200, Hitachi, Japan)으로 미세구조를 관찰하였다. 마이크로파 유전 특성은 network analyzer(HP8720ES, Agilent, U.
대상 데이터
본 연구에서는 일본 고순도화학연구소(Kojundo Chem. Lab. Co., Ltd) ZnO(순도 99.9%) 및 SiO2(순도 99.9%) 분말을 출발원료로 사용하였다. Zn2-2xSi1+xO4, x=0∼0.
이론/모형
또한, 소결체의 표면을 연마 후 FE-SEM (field emission scanning electron microscope, S-4200, Hitachi, Japan)으로 미세구조를 관찰하였다. 마이크로파 유전 특성은 network analyzer(HP8720ES, Agilent, U.S.A.)을 이용 하여 Hakki-Coleman법으로 측정하였다.
성능/효과
x값의 변화에 따른 입자성장 발현이 품질계수에 영향을 미치는 것으 로 판단된다. x=0.05 조성 (Zn1.9Si1.05O4)을 1,400℃에 서 소결한 소결체의 부피밀도, 유전상수 및 품질계수는 각각 4.10 g/cm3 (상대밀도: 96.5%, 이론밀도: 4.25 g/cm3 [12]), 6.43 및 115,166 GHz를 나타내었다.
모든 소결온도에서 유전상수는 x값에 무관하게 5.96 ∼6.55의 값을 나타내는 반면, 품질계수(Q×f)는 x값이 증가함에 따라서 크게 증가하다가 x=0.05 조성 이후에는 다소 감소하는 경향을 나타내었다.
모든 소결온도에서 유전상수는 x값에 무관하게 5.96∼6.55의 값을 나타내는 반면, 품질계수는 x값이 증가함에 따라서 크게 증가하다가 x=0.05 조성 이후에는 다소 감소하는 경향을 나타내었다.
02 조성을 1,400℃에서 소결한 소결체의 분말 X-선 회절분석 결과를 그림 3에 나타내었다. 확인되지 않은 피크(■)가 관찰되었지만, ZnO 및 SiO2가 관찰되지 않은 결과로부터 Zn2SiO4의 조성은 x=0.02(Zn1.96Si1.02O4, Zn/Si=1.922)와 유사할 것으로 생각된다.
후속연구
한편, Xue 등은 ZnGa2O4 spinel 세라믹스에 대한 연구에서 1,360℃ 이상의 온도에서 급격한 입자성장이 일어나며, 이는 고온에서 휘발된 Zn가 ZnGa2O4에 의해서 액체 Zn이 되어서 입자성장의 촉매 역할을 한다고 제안하였다 [11]. 그러나 본 연구에서는 이러한 제안을 뒷받침할 결과를 얻지 못하였으며, 향후 Zn2SiO4에서의 액상생성의 원인에 대한 체계적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
낮은 유전율과 높은 품질계수를 나타내는 세라믹스에는 어떤 것들이 있는가?
마이크로파 영역에서 사용되는 유전체 세라믹스 중에서 마이크로파 집적회로 (microwave integrated circuit, MIC) 등에 응용 되는 기판재료에는 낮은 유전율, 높은 품질계수(낮은 유전손실), 및 0에 가까운 공진주파수 온도계수가 요구된다 [4]. 낮은 유전율과 높은 품질계수를 나타내는 세라믹스로는 Al2O3, Mg2SiO4, Zn2SiO4 등에 대한 보고가 있다 [2-4]. Guo 등은 고상반응법으로 합성하고 1,340℃에서 소결한 Zn2SiO4 소결체의 유전율 및 품질 계수가 각각 6.
마이크로파 유전체 세라믹스는 어느 분야에 사용되는가?
최근, 무선통신산업의 급격한 발달에 따라서 휴대전화, 무선 LAN (local area network), GPS (global position satellite), 군용 radar시스템, 지능교통시스템 (intelligent transport system, ITS) 등에 사용되는 마이크로파 유전체 세라믹스에 대한 연구·개발이 활발하게 이루어지고 있다 [1-3]. 마이크로파 영역에서 사용되는 유전체 세라믹스 중에서 마이크로파 집적회로 (microwave integrated circuit, MIC) 등에 응용 되는 기판재료에는 낮은 유전율, 높은 품질계수(낮은 유전손실), 및 0에 가까운 공진주파수 온도계수가 요구된다 [4].
세라믹스 중 고상반응법으로 합성하고 1,340℃에서 소결한 Zn2SiO4 소결체의 유전율 및 품질 계수는 몇인가?
낮은 유전율과 높은 품질계수를 나타내는 세라믹스로는 Al2O3, Mg2SiO4, Zn2SiO4 등에 대한 보고가 있다 [2-4]. Guo 등은 고상반응법으로 합성하고 1,340℃에서 소결한 Zn2SiO4 소결체의 유전율 및 품질 계수가 각각 6.6 및 219,000 GHz이며, TiO2를 첨가한 소결체는 유전율이 9.3으로 상승하고, 품질계수가 113,000 GHz로 낮아지지만, 0에 가까운 공진주파수 온도계수를 나타낸다고 보고하였다 [4].
참고문헌 (12)
I. M. Reaney and D. Iddles, J. Am. Ceram. Soc., 89, 2063 (2006).
N. H. Nguyen, J. B. Lim, S. Nahm, J. H. Paik, and J. H. Kim, J. Am. Ceram. Soc., 90, 3127 (2007). [DOI: http://dx.doi.org/10.1111/j.1551-2916.2007.01891.x]
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