초록 ▼

- 미세구조 및 결정구조 제어를 위한 excess donor rule을 개발 및 적용하여 (세계최초) KNN 계열의 투명 압전 세라믹스를 제조하였으며, 개발된 규칙을 PLZT 계열 압전 세라믹스에 확장/적용하여 두 조성 소재 모두 2차년도 목표치를 상회하는 (2차년도 목표치 T/T_th >35%, d₃₃ > 110pC/N 달성) 결과를 달성하였음. 이는 현재 시점 세계최고 수준임. ((1) KNN : 광투과율 (T/T_th)-36.5%, d₃₃-125pC/N

- 미세구조 및 결정구조 제어를 위한 excess donor rule을 개발 및 적용하여 (세계최초) KNN 계열의 투명 압전 세라믹스를 제조하였으며, 개발된 규칙을 PLZT 계열 압전 세라믹스에 확장/적용하여 두 조성 소재 모두 2차년도 목표치를 상회하는 (2차년도 목표치 T/T_th >35%, d₃₃ > 110pC/N 달성) 결과를 달성하였음. 이는 현재 시점 세계최고 수준임. ((1) KNN : 광투과율 (T/T_th)-36.5%, d₃₃-125pC/N, (2) PLZT :　(조성1) 광투과율 (T/T_th)-43%, d₃₃-431pC/N, (조성2) 광투과율 (T/T_th)-69%, d₃₃-180pC/N)

- 고순도 seed 및 새로운 타입의 이종구조 seed를 제조하는 공정기술을 개발하였고, seed와 matrix 분말을 활용한 고배향 성장기술개발을 통해 (Lotgering factor 92% 이상) 단결정의 약 85%이상 수준의 고압전특성을 지닌 압전세라믹스를 제조함.

- 분극화와 투명성의 상관관계를 최초로 분석하였으며, 제조된 투명세라믹을 기반으로 터치 센서 및 진동소자로 구동 가능한 디바이스 설계 및 제조 기술을 개발함.

- 중요한 소결 이론인 결정립-기공 분리 현상을 기반으로 Nd 도핑 시 투과도 저하를 Mie scattering 시뮬레이션을 통해 기공 분포 차이로 증명하였고, 이를 해소하기 위해 결정립계 이동도를 제어할 수 있는 도펀트 양이온 조합 및 2-track 소결 공정을 적용하여 결정립 성장 억제를 통해 광투과율을 개선하는 방향성을 제시하였음.

- 전단력 극대화가 가능한 밀링 공정 제어를 통해 나노분말의 고균질화를 이루고, 이를 통해 성형체 균질성의 동시 향상이 동반되지 않으면 광투과율이 오히려 저하됨을 밝혔으며, 1축 압력이 이중으로 가해지는 기존 공정을 개선함으로써 광투과율 개선 및 투명세라믹 시편의 균질성 또한 대폭 개선하는데 성공함.

- 조성 조합/소결공정 조합/성형성 개선을 통해 제조된 Nd:Y₂O₃ 투명세라믹에 대한 광투과율 (FOM), 파면왜곡도, 레이저발진 효율 분석 결과 2차년도 목표치를 크게 상회하였으며, 세계 최고 투명세라믹 기술을 보유한 Konoshima Chemical 의 동일 조성 제품 대비 레이저 발진 효율 88.28%를 달성함으로써 레이저 산업 분야 중 광원 소재 자립화에 가능성을 제시할 수 있을 것으로 보임. 본 결과는 국내 최초 투명세라믹의 레이저 발진 사례임.

(출처 : 초록 3p)

Abstract ▼

In this study, we aim to develop a source technology of transparency which is not limited by the crystal structure of ceramic materials. Materials and processing technology by aligning the crystal orientation of anisotropic ceramics and ultra-high transparency technology by control of nanopore struc

In this study, we aim to develop a source technology of transparency which is not limited by the crystal structure of ceramic materials. Materials and processing technology by aligning the crystal orientation of anisotropic ceramics and ultra-high transparency technology by control of nanopore structure of isotropic ceramics are developed. Application areas include solid-state laser light sources, transparent displays, and haptic devices.

Achieving transparent ceramics with inherently anisotropic crystal structure is a challenging task, which requires lots of technologies and processes including conventional sintering methods for fully dense ceramic, manufacturing of highly aligned ceramic with 2D seed plates, and synthesis of nano-sized powder. If we succeed in developing this innovative technologies for transparent ceramics, we have spreading effect in this research field on the basis of root techniques and original patents.
For the ultra-high transparent ceramics with isotropic crystal structure, some advanced countries (USA, Japan, Germany, etc.) have been developing their own technologies in confidence. Since it takes long duration for us to catch up, the intensive research should be continuously conducted under the Government’s support.

For development of transparent ceramics with anisotropic structure, we have succeeded in controlling nano-sized microstructure, synthesizing 2D seed materials, compositional modification of matrix powder and developing method for ceramics with highly aligned grain structure. At optimun condition, (Pb,La)(Zr,Ti)O₃ (PLZT) and lead-free (Ka,Na)NbO₃ (KNN) ceramics showed good transparency simultaneously with good piezoelectric properties. In the case of isotropic ceramics, the control of grain boundary mobility by oxygen pore control and cation combination is a basic sintering theory that can be applied to all ceramics in practice with critical grain size. In addition, it is possible to suggest important milestones for improving the durability / reliability of the sintered body of the existing mechanical structural ceramics.

In summary, for this year, we have developed some advanced technologies such as nano-sized microstructure control, development of transparent composition and method for ceramics with highly aligned grain structure. The oscillation efficiency of Nd:Y₂O₃ transparent ceramics manufactured by optimizing additive composition / green bodies / sintering process optimization was measured to be 88.28% of the world's No. 1 Konoshima Chemical, which is the first result of laser oscillation of transparent ceramics.

We believe that our achievement could be applied for many practical fields such as laser, transparent display, energy harvester, and photo-catalysis in near feature.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 2보고서 초록 ... 3요 약 문 ... 4S U M M A R Y ... 5C O N T E N T S ... 6제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 7 제 1 절 연구개발의 최종목표 ... 7 제 2 절 연구개발의 목적 ... 7 제 3 절 연구개발의 필요성 ... 9제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 11 제 1 절 국내외 기술 및 연구동향 ... 11 제 2 절 현 기술 상태의 취약성 ... 15 제 3 절 응용분야 및 산업 동향 ... 16제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 18 제 1 절 이방성 세라믹스 투명화 기술 개발 ... 18 제 2 절 등방성 세라믹스 초투명화 기술 개발 ... 26제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 40제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 42 제 1 절 연구개발결과 활용계획 ... 42 제 2 절 차년도 연구계획 ... 43제 6 장 참고문헌 ... 45끝페이지 ... 46