초록 ▼

□ 연구개요
최근 광전자, 촉매, 광기전력, 비납계 압전 소자 등 다양한 분야에서 활발히 연구되고 있는 기능성 페로브스카이트 단결정의 탄성 특성과 진동 특성을 정밀 측정함으로써 응용 연구의 가속화를 위한 기초 데이터를 확보하고 신뢰성 있는 이론 모델의 수립을 위한 기반을 마련하고자 했다. 아울러 온도 및 압력 변화에 따른 저주파수 광산란 스펙트럼을 분석해 전조 현상과 상전이 거동의 성격을 규명, 상평형도를 결정함으로써 신물성 탐색 및 구현에 기여함을 목표로 연구를 수행했다.

□ 연구 목표대비 연구결과
▶ 주요

□ 연구개요
최근 광전자, 촉매, 광기전력, 비납계 압전 소자 등 다양한 분야에서 활발히 연구되고 있는 기능성 페로브스카이트 단결정의 탄성 특성과 진동 특성을 정밀 측정함으로써 응용 연구의 가속화를 위한 기초 데이터를 확보하고 신뢰성 있는 이론 모델의 수립을 위한 기반을 마련하고자 했다. 아울러 온도 및 압력 변화에 따른 저주파수 광산란 스펙트럼을 분석해 전조 현상과 상전이 거동의 성격을 규명, 상평형도를 결정함으로써 신물성 탐색 및 구현에 기여함을 목표로 연구를 수행했다.

□ 연구 목표대비 연구결과
▶ 주요 할라이드 페로브스카이트 단결정의 탄성특성(음속도, 흡수계수, 탄성계수 등)과 격자 진동/분자 진동 모드를 광범위하게 조사해 결정할 수 있었고 이를 통해 페로브스카이트 구조에서 A-site 양이온의 변화, 할로겐 원소의 종류 및 (혼합 단결정의 경우에는) 비율이 탄성 특성에 미치는 영향도 분석할 수 있었다. 특히 타 그룹에서 주로 상온의 수치만 확보한데 비해 본 연구에서는 광범위한 온도 범위에서 해당 물성들을 확보했으며, 이를 통해 향후 광전기 특성과 수송 특성이 포논 동역학과 어떤 관계가 있는지를 파악할 수 있는 근본 물성의 제공, 미시적 원인 규명에 기여할 것으로 기대된다.
▶ 본 연구에서 가장 주목할 만한 부분은 혼합단결정의 저온상에 대한 결과이다.
MAPb(Br,Cl)₃ 및 FAPb(Br,Cl)₃ 혼합 단결정의 경우 순수 조성의 단결정이 보여주는 명확한 구조 상전이의 경향성과는 다르게 탄성 특성의 변화가 상당히 완만하고 넓은 온도 범위에서 발생하는 확산 상전이의 경향성을 보인다는 것이었다. 이는 할로겐 원소의 무작위적 치환으로 인해 유도된 국소적 불균일성이 장거리 질서도의 형성을 방해하고 MA, FA에 내재한 분극의 무작위적 동결을 유도해 소위 쌍극자 유리 상을 형성할 가능성을 시사하는 것이다. 아울러 FAPbCl₃와 MAPbCl₃의 탄성 특성의 커다란 차이는 두 시스템의 A-site 양이온의 정렬 정도 혹은 질서도가 저온에서 현저하게 다르다는 점을 강하게 시사한다.
▶ 고압 상평형도의 규명의 경우, 본 연구에서는 FAPbBr3 단결정의 고압 상이 선행 연구에서 보고한대로 비정질 구조로 변화됨을 확인하였다. 압력에 인가에 따른 상변화는 가역(reversible) 과정으로서 상압으로 돌아오면 원래의 결정상을 회복하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구 과제는 응용 연구가 아니라 기초 연구의 성격을 갖는다. 따라서 직접적인 산업 응용 효과를 기대할 수는 없다. 할로겐화 페로브스카이트 결정과 층상 유기-무기 페로브스카이트 단결정들의 전기 전도도나 열 전도도와 같은 수송 특성은 탄성계수 내지 음향 포논의 특성과 직접적으로 관련되어 있다. 따라서 본 연구 결과에서 얻어진 음향 포논 등의 기초 데이터는 할라이드 페로브스카이트 구조 내 무질서도의 증가와 광전기 효과 및 수송 특성과의 상관성 규명에 기여할 수 있고 아울러 이들 물질에 기반한 소자 응용을 위한 기초 데이터로 활용될 수 있을 것이다. 특히 본 연구를 통해 획득된 탄성계수 등의 기초 물성은 소자 설계에 있어서 중요한 매개변수로 활용될 수 있다. 가령 최근 주목 받고 있는 전변 효과(flexoelectric effect)의 경우 전변 계수 사이의 관계를 정확히 규정하기 위해서는 탄성계수를 완벽히 알아야 한다. 특히 열적 안정성의 개선에는 온도에 따른 물성 데이터가 필요하므로 본 연구과제에서 확보된 온도에 따른 탄성계수는 소자의 신뢰성 향상에도 활용될 수 있을 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• (1) 연구의 필요성 ... 4
• (2) 최초연구목표 ... 6
• (3) 일부 변경된 연구목표 ... 7
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• (1) 단결정의 성장 및 준비 ... 7
• (2) 탄성계수 측정을 위한 실험 기법 ... 8
• (3) 데이터 취득 및 분석 방법론 ... 9
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 9
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 9
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 3) 목표 달성 수준 ... 14
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 15
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 6. 자체점검표 ... 17
• 7. 참고문헌 ... 17
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 19
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 24
• 끝페이지 ... 39