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Reactive Templated Grain Growth 방법으로 제작된 Bi0.5(Na0.78K0.22)0.5TiO3-BiAlO3 세라믹의 압전 특성 원문보기

  • 초록

    압전세라믹은 압전 액추에이터, 센서, 트랜스듀서 등과 같은 전자부품소재로 실용화되고 있으며 전기기계 결합계수(kp), 기계적 품질계수(Qm), 압전계수(d33) 등과 같은 압전 특성이 뛰어난 Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)계 물질이 대표적으로 사용되고 있다. 그러나 PZT계 화합물로 제조된 센서나 장치는 인체와 환경에 유해한 납(Pb)이 60 wt% 이상 포함되어 있어 유럽 등 선진국에서는 유예기간을 두고 사용 및 수입을 규제하고 있기 때문에 최근 산업계에서는 납이 포함되지 않는 친환경 무연(無鉛) 압전 소재 개발이 요구되고 있다. 최근 많은 연구자들이 전통적인 연구방법을 이용하여 2-4 성분계 무연 압전소재들의 상경계영역 근방의 조성을 이용하여 압전특성 향상을 추구하고 있지만, 전통적인 연구 방법만으로는 Pb-계의 우수한 압전 특성 수준에 도달하기는 불가능하다. 본 연구는 무연계 압전 세라믹 개발의 선행연구로 potassium(K) 치환량에 따른 Bi0.5(Na1-x Kx)0.5TiO3 (BNKT) 세라믹의 물성 연구 결과로부터 압전 특성이 우수한 [Bi0.5(Na0.78K0.22)0.5TiO3], 0.97Bi0.5(Na0.78K0.22)0.5TiO3-0.03BiAlO3 조성을 선택하였고, 용융염 법을 이용하여 제조한 Na0.5Bi4.5Ti4O15 (NBiT) 틀입자를 사용하여 Reactive Templated Grain Growth (RTGG) 방법으로 낟알 정렬된 BNKT-BA 세라믹을 제조하였다. XRD와 FE-SEM 측정으로부터 RTGG 방법으로 제조된 BNKT-BA 세라믹의 결정구조와 낟알의 표면형상을 조사하였으며 P-E 이력곡선, 유전율, 온도에 따른 압전변형, 전기장 인가에 따른 결정구조 변화와 domain 분석을 통하여 매우 큰 압전변형 특성을 해석하였다. RTGG 방법으로 제작된 BNKT-BA 세라믹의 낟알은 α축 방향으로 92% 정도 정렬되었으며 일반적인 방법으로 제작된 BNKT-BA 세라믹의 strain값 0.2 %와 비교하면 약 2배 정도 높은 0.47 %로 우수한 압전변형 특성을 나타내었다.


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