초록 ▼

□ 연구개요
새로운 소재에 대한 연구는 여러 산업분야의 근간이 되는 중요한 연구이다. 특히 나노 수준의 미세구조 제어가 요구되는 현시점에서, 소재의 상분리(phase separation)에 대한 체계적인 이해가 필요하다. 이를 위해서, 결정성 인산염의 스피노달 분해현상에 대한 체계적인 고찰을 통해 다양한 재료에서 나타나는 상분리 현상에 대한 원인과 제어 방법을 제시하고자 한다. 아울러 스피노달 분해 조건을 제어하여 새로운 기능성 물질 개발에 적용 가능성을 확인한다. 새로운 화합물의 결정구조 분석에 방사광 X-선과 중성자 회절을

□ 연구개요
새로운 소재에 대한 연구는 여러 산업분야의 근간이 되는 중요한 연구이다. 특히 나노 수준의 미세구조 제어가 요구되는 현시점에서, 소재의 상분리(phase separation)에 대한 체계적인 이해가 필요하다. 이를 위해서, 결정성 인산염의 스피노달 분해현상에 대한 체계적인 고찰을 통해 다양한 재료에서 나타나는 상분리 현상에 대한 원인과 제어 방법을 제시하고자 한다. 아울러 스피노달 분해 조건을 제어하여 새로운 기능성 물질 개발에 적용 가능성을 확인한다. 새로운 화합물의 결정구조 분석에 방사광 X-선과 중성자 회절을 이용한 ab-initio 결정구조 해석법을 도입, 정립하여 적용분야를 확대해 나간다.

□ 연구 목표대비 연구결과
▶ 인산염 화합물의 상변화 특성 연구 :
결정구조가 보고되지 않은 LiSrPO₄와 LiBaPO₄의 온도에 따른 상변화 특성을 분말 X-선 회절을 이용한 ab-initio 결정구조 해석법을 적용하여 분석하였다. 온도에 따른 결정구조 변화를 DSC와 후방산란 SEM 측정 결과와 비교, 분석한 결과, LiSrPO₄는 온도가 올라감에 따라 상전이 후에 스피노달 분해, 되돌이(re-entrant) 현상을 보이고, LiBaPO₄는 단사정계(Cc)→삼방정계(P31c)→육방정계(P63)→사방정계(Pmcn)로의 상전이가 관찰됨을 발견했다. LiCaPO₄는 상 분해가 관찰되지만, 분리된 두상은 냉각 후 원래 상으로 되돌아가지 않는다. 이러한 차이는 각 화합물의 격자에너지 차이로 해석된다. 이 연구는 상변화 현상과 결정학적 특성과의 관련성을 보여주는 결과로, 스피노달 분해를 포함한 상전이 현상을 새로운 기능성 재료 개발에 적용 가능성을 확인하였다. 이 연구결과 중 일부를 전문 학술지에 1편의 논문으로 게재하였다.
▶새로운 조성과 구조의 화합물 합성 및 결정구조 연구
Li 이온과 phosphate 및 전이금속으로 이루어진 삼성분계 화합물의 합성 및 분해 조건을 연구하던 중 새로운 인산염 화합물 LiTa₂PO₈을 합성하고, 방사광과 중성자 회절을 이용한 ab-initio 결정구조 분석법으로 그 결정구조를 규명하였다. 이 물질은 산화물계 화합물 중에서 최고 수준의 높은 이온전도도를 보였으며 이온전도 특성과 결정구조 간의 상관관계를 고찰하였다. 이 결과는 차세대 이차전지 분야의 원천기술이 될 수 있으며, 재료분야 저명 저널에 1편의 논문 게재 및 국내/국제 특허로 출원하였다. 새로운 조성과 구조 화합물의 관점에서 연구범위를 확장시켜 새로운 조성의 Li₅AlS₄, CsANb₂O₆F(A=Sr, Ca)을 합성, 방사광과 중성자 회절을 이용하여 결정구조를 규명하였고 그 연구결과들을 전문 학술지에 2편의 논문으로 게재하였다.
▶인력양성
연구 기간에 걸쳐, 소재개발의 근간이 무기소재의 합성과 결정구조 분석능력을 갖춘 박사급 연구원 2명과 석사급 연구원 6명을 양성하였으며, 이들 중 상당수가 관련 기업 또는 국책연구원에 진출하여 연구를 수행하고 있다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구에서 보인 결정성 무기화합물의 스피노달 분해 현상과 독특한 되돌이 현상을 결정학적 관점과 열역학적 관점에서 자세히 고찰하였다. 이 과정에서 얻은 결정구조 정보와 상변화 현상은 지금껏 설명되지 않았던 에너지 재료의 상분리 현상을 이해하는데 기초지식을 제공함은 물론, 무기 인삼염 기반의 새로운 기능성 재료 연구의 기초가 될 것이다. 또한 고체전해질에 적용가능한 원천기술을 확보하였고 ab-initio 결정구조 분석법을 정립하여 재료 분야의 신물질 연구에 핵심 기술로 제공될 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• (1) 연구개발의 필요성 ... 4
• (2) 연구목표 ... 7
• (3) 연구범위 및 연구수행 방법 ... 8
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 10
• (1) LiMPO₄ (M= Ca, Sr, Ba) 화합물의 상변화 특성 연구 ... 10
• (2) 새로운 조성과 구조의 인산염 화합물 LiTa2PO8 연구 ... 17
• (3) Li5AlS4 화합물의 결정구조 분석 ... 18
• (4) 새로운 층상 페로브스카이트 구조 화합물의 합성 및 결정구조 분석 ... 18
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 19
• (1) 스피노달 분해 현상에 대한 이해와 적용 ... 19
• (2) 새로운 조성과 구조의 인산염 물질에 대한 원천기술 확보 ... 20
• (3) Ab-initio 분말 구조 분석법 확립 ... 20
• 4. 참고문헌 ... 20
• 5. 연구성과 ... 21
• 끝페이지 ... 22