초록 ▼

순수한 TiO2와 0.05∼1.5mol% WO3를 doping한 Rutile에서 점결함의 성질과 전기적 특성을 연구하기 위해 100 ∼ 10-23atm의 산소분압 범위 및 700∼1300℃의 온도 범위에서 전기전도도를 측정하였다.순수한 TiO2의 경우, logσ/logPo2 기울기(-1/m)에 의해 산소분압과 온도 변화에 따라 다음과 같은 주결함들이 제안되었다.1) TinO2n-1, 2) 침입형 Ti 이온, 3) 2가로 하전된 산소공공, 4) 1가로 하전된 산소공공, 5) n-p전이1050℃ 이상에서는 측정할 수 있는 모든 산소분압

순수한 TiO2와 0.05∼1.5mol% WO3를 doping한 Rutile에서 점결함의 성질과 전기적 특성을 연구하기 위해 100 ∼ 10-23atm의 산소분압 범위 및 700∼1300℃의 온도 범위에서 전기전도도를 측정하였다.순수한 TiO2의 경우, logσ/logPo2 기울기(-1/m)에 의해 산소분압과 온도 변화에 따라 다음과 같은 주결함들이 제안되었다.1) TinO2n-1, 2) 침입형 Ti 이온, 3) 2가로 하전된 산소공공, 4) 1가로 하전된 산소공공, 5) n-p전이1050℃ 이상에서는 측정할 수 있는 모든 산소분압 범위에서 m=5인 Ti-interstitial (Tii)이 지배적인 점결함이었고, 700∼1000℃의 온도 범위에서는 m=6인 2가로 이온화된 산소빈자리 (V0)가 낮은 산소분압에서 먼저 나타나고, 산소분압이 증가함에 따라 Al과 같은 3가 ?O3를 첨가한 rutile의 경우, 첨가한 WO3에 의해 액상(TiO2 - WO3)이 형성되어 결정립의 크기와 밀도가 증가하였고, XRD 결과로 4.0ml% WO3가 도핑된 경우에도 2차상이나 WO3 피크는 관찰할 수 없었다. 전기전도도의 산소분압 의존성(logσ/logPo2)은 1100℃이상에서 41) 확장결함인 Magneli상 영역2) 고유결함이 지배적인 환원된 rutile 영역3) 첨가된 W6+이온이 Ti4+이온과 치환하여 전기전도도가 산소분압에 무관한 준화학양론적인 Ti1-yWyO2영역4) 순수한 rutile에서 나타나지 않은 금속부족형 과화학양론적 Ti1-yWyO2+y 영역 WO3가 첨가된 rutile의 전기전도도는 측정 온도 및 산소분압과 첨가량에 영향을 받았다.

Abstract ▼

The electrical conductivity of pure rutile and rutile doped with 0.05∼1.5mol% WO3 was measured in the oxygen partial pressure range of 100 ∼ 10-23atm and temperature range of 700∼1300℃ to investigate the defect types and the elFor pure TiO2, the data(logσ/logPo2) were divided into the five regions.

The electrical conductivity of pure rutile and rutile doped with 0.05∼1.5mol% WO3 was measured in the oxygen partial pressure range of 100 ∼ 10-23atm and temperature range of 700∼1300℃ to investigate the defect types and the elFor pure TiO2, the data(logσ/logPo2) were divided into the five regions. Therefore the five dominant defect types such as TinO2n-1, Tii, V0, V0, and n-p transition with the Po2 and the temperature were proposed.Above 1050℃, the quadruply ionized interstitial titanium (Tii) prevails at all Po2. In the temperature range between 700 and 1000℃, it was assumed that oxygen vacancies were produced at first in the doubly ionized vacancies (Vo) and progressivelyFor rutile doped with WO3, the grain size and density were increased as the liquid phase(TiO2 - WO3) was formed by the doped WO3. The secondary phase and WO3 peaks at the sample doped up to 4.0mol% were not detected from the XRD results. The data(1) Magneli phase(extended defect)2) Reduced rutile region which is similar to the behavior of pure rutile 3) Nearly stoichiometric Ti1-yWyO2 region in which extra charge of W6+ cation is expected to be compensated by an electron4) Overstoichiometric Ti1-yWyO2+y region which is a metal deficiency not to be observed in pure rutile.The electrical conductivity of rutile doped WO3 was influenced by the measuring temperature, oxygen partial pressure, and the doping content.

목차 Contents

• I. 서 론(Introduction)...7
• I-1. 연구 배경...7
• I-2. 연구 목적...8
• II. 이론적 고찰(Theoretical Considerations)...10
• II-1. 순수한 TiO$_2$의 결정 구조...10
• II-2. TiO$_2$의 결함 형태와 전기전도도의 관계...10
• II-3. 이종 원자가의 불순물을 첨가한 TiO$_2$ 의 결함구조와 전기적 성질...14
• II-4. 결함 형성 엔탈피의 계산...15
• II-5. 산소분압의 열역학적 측정...16
• II-6. 고체 전해질 ZrO$_2$ 센서를 이용한 기전력 측정...17
• III. 실험 과정(Experimental Procedure)...19
• III-1. 출발 원료...19
• III-2. 시편 준비...19
• III-3. 산소분압의 결정...19
• III-4. 밀도 측정...20
• III-5. 미세구조 관찰...20
• III-6. 전기전도도 측정...20
• IV. 결과 및 고찰(Results and Discussion)...21
• IV-1. $WO_3$를 첨가한 TiO$_2$의 미세조직 특성...21
• IV-2. 순수한 TiO$_2$에서 전기전도도...21
• IV-3. 결함 형성 엔탈피...25
• IV-4. $WO_3$를 첨가한 rutile에서의 전기전도도...25
• V. 결 론(Conclusions)...28
• 참고 문헌(References)...29