초록 ▼

연구개요
Pb-free계 소재들의 장단점 비교 파악하여 정/역 압전계수(d₃₃/d₃₃*)를 향상
· 새로운 Pb-free 복합 고용체 조성 탐색
· d₃₃/d₃₃*를 향상시켜 다른 연구그룹들과 비교 우위성과 차별성 유지 Pb-free 시스템별 개별성 및 공통성을 파악하고 PZT계와 비교하여 d₃₃/d₃₃* 극대화 (Bi,Na)TiO₃(BNT)계
· 다강체 BF를 포함하는 새로

연구개요
Pb-free계 소재들의 장단점 비교 파악하여 정/역 압전계수(d₃₃/d₃₃*)를 향상
· 새로운 Pb-free 복합 고용체 조성 탐색
· d₃₃/d₃₃*를 향상시켜 다른 연구그룹들과 비교 우위성과 차별성 유지 Pb-free 시스템별 개별성 및 공통성을 파악하고 PZT계와 비교하여 d₃₃/d₃₃* 극대화 (Bi,Na)TiO₃(BNT)계
· 다강체 BF를 포함하는 새로운 Pb-free 복합 고용체 조성, BNT-BF, 등
· actuator 개발을 위한 고용체 역압전 변위 특성 조성, BNT-BaZrO₃(BZ), BiFeO₃(BF)계
· 누설전류 제어
· 2차상 형성 억제 공정 개발

연구 목표대비 연구결과
BNT 1원계: 비화학양론적 조성과 결정격자 간 상관관계 조사 –> neutron diffraction 및 Rietveld refinement로 Bi와 Na은 동일한 ABO₃ perovskite A-site를 위치하지만 조성 변화에 따른 octahedral tilting은 서로 상반됨을 확인. 이는 선행 연구에서 상반되는 유전 및 압전특성을 확인해주는 결과임.
BF 1원계: 다강체 BF 자체의 고질적인 문제인 2차상 형성과 높은 누설전류를 제어하기 위한 전기전도 거동 조사 –> n-type 전도 거동, Bi 과잉으로 누설전류 문제 개선, air quenching이 2차상 형성 억제에 유효함을 확인.
BNT-BZ 2원계: BNT에 BZ 치환에 추가하여 A-자리 Li과 B-자리 Nb modification 효과 조사 –> Li, Nb co-doping으로 d₃₃*=542 pm/V 달성
BF-BaTiO₃(BT) 2원계: BT 치환에 추가하여 Bi 과잉 첨가 효과, 미세구조 및 소결밀도 변화, 2차상을 유발하지 않는 최대 Bi 과잉량, Bi 과잉량에 따른 적정 소결온도 파악
–> Bi 과잉량 조절로 d₃₃*=440 pm/V 달성
BF-BT-LN 3원계: BT 치환에 추가하여 A-자리 Li, B-자리 Nb co-doping이 압전 특성에 미치는 효과, 소자 응용성을 판단하기 위한 유전특성의 온도안정성 조사 –> LN modification으로 d₃₃*=500 pm/V 달성 및 200~500 ℃의 넓은 온도 범위에서 안정적 ε_r~5000 구현

연구개발결과의 중요성
선행연구의 센서용 소자의 관건인 정압전 d₃₃=333pC/N에 이어서 본 연구에서 변위용 소자의 관건인 역압전 d₃₃* 관련 BNT-BZ에서 Li, Nb co-doping으로 d₃₃*=542 pm/V, BF-BT에서 Bi 과잉량 조절로 440 pm/V, BF-BT에 Li, Nb co-doping으로 500 pm/V를 달성하였다. 이는 Pb-free계의 고질적인 재현성 결여를 조성 조절로 해소하는 결과이며 수반하여 200~500 °C의 넓은 온도 범위에서 안정적인 ε_r~5000 달성은 고온 소자를 가늠하게 하는 결과이다. Pb-free 압전 원천 소재 및 기술의 확보로 원자재 대외의존성을 해소하고 향후 형성될 Pb-free 압전 소재 세계시장의 주도권을 장악할 핵심 기술로 활용이 기대된다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1연구결과 요약문 ... 2목차 ... 31. 연구개발과제의 개요 ... 32. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4 가. 연구수행내용 ... 4 나. 연구결과 ... 43. 연구개발결과의 중요성 ... 74. 참고문헌 ... 85. 연구성과 ... 13끝페이지 ... 16