KR102493602B1 - 판상형 (Pb,Ba)TiO3 복합체 템플릿 세라믹의 제조 방법 - Google Patents

판상형 (Pb,Ba)TiO3 복합체 템플릿 세라믹의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 결정 배향성장이 가능한 세라믹(Textured Ceramic)의 제조 시 사용되는 Templated Grain Growth (TGG) 공정에서 이방성(Anisotropic)을 가지며 결정 배향 성장을 유도하는 템플릿(Template) 소재로서 사용가능한 판상형 씨드 소재의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 템플릿 씨드의 경우 이방성의 판상형을 가지며 Pb 계열 물질이 포함되어 있어 매트릭스 소재로서 Pb계 압전 세라믹을 이용한 텍스처 구조의 압전 세라믹을 제조함에 있어서 매트릭스 소재와의 화학적 조성의 친화성을 높여 텍스처 구조로 성장을 증진시키며, 아울러 매트릭스 불순물의 역할이 감소된다.

Description

판상형 (Pb,Ba)TiO3 복합체 템플릿 세라믹의 제조 방법 {METHOD OF FABRICATING COMPOSITE TEMPLATE CERAMIC OF PLATE―LIKE (Pb,Ba)TiO3}
본 발명은 결정 배향성장이 가능한 세라믹(Textured Ceramic)의 제조 시 사용되는 Templated Grain Growth (TGG) 공정에서 이방성(Anisotropic)을 가지며 결정 배향 성장을 유도하는 템플릿(Template) 소재로서 사용가능한 판상형 씨드 소재의 제조 방법에 관한 것이다.
1880년 프랑스에서 전기석(toutmalin)에서 압전효과를 발견함으로써 압전재료의 역사가 시작된 이래, 수중 초음파 탐지기에 처음 응용되었으며, 1947년 미국에서 BaTiO3를 개발함으로써 비로소 압전세라믹스의 응용분야가 크게 넓어지게 되었다. 이후, 우수한 압전특성을 가지는 PbTiO3(PT), Pb(Zr,Ti)O3(PZT)계 세라믹스가 개발되면서 압전재료의 응용 범위가 더욱 확대되었으며, 현재 압전세라믹스는 자동차, 모바일, 가전, 의료, 로봇 등 다양한 산업 분야의 액추에이터, 트랜스듀서, 센서로 널리 사용되고 있다.
이중 특히 Pb(ZrxTi1-x)O3(이하 PZT)는 MPB(morphotropic phase boundary) 근처에서 압전 전왜 특성이 우수하고 큐리온도(Curie temperature, Tc)가 높으며 전기적 특성의 온도의존성이 낮아서 넓은 온도 범위에서 상용화할 수 있는 재료로서 각광을 받아왔다.
압전 소재는 단결정 압전 소재와 다결정 압전 소재가 있는데, 단결정 압전 소재의 경우에는 결정 성장 및 제작에 시간과 돈이 많이 든다는 문제점이 있다. 다결정 압전 소재의 경우에는 비용이 단결정에 비해 훨씬 저렴하지만 다결정의 경우 결정의 배향도가 낮아서 분극 도메인의 정렬 배향성도 한 방향으로 정렬되어 있지 아니하기 때문에 단결정에 비해 상대적으로 압전 특성이 떨어지는 문제점이 있다.
이러한 다결정의 압전 소재를 단결정에 보다 가까운 우수한 결정 배향성을 갖도록 제조하기 위하여 이방성 (anisotropic)의 판상형을 갖는 템플릿 (template) 씨드 (seed) 소재를 세라믹 시트 (sheet) 내에 수평으로 정렬되도록 한 후 다층의 시트를 적층 후 고온에서 소성 (sintering)하여 우수한 결정 배향성을 갖는 텍스처 세라믹(Textured Ceramic)을 제조하기 위한 Textured Grain Growth (TGG) 공정이 최근 널리 개발되고 있다. TGG 공정은 주로 고성능의 압전 세라믹 소재의 개발에 주로 이용되고 있으며, 이 때, 사용되는 템플릿 씨드 소재는 주로 BaTiO3, SrTiO3, PbTiO3 등 소수의 TiO2계 산화물이 사용되고 있으며, 이들 템플릿 소재는 매트릭스 세라믹 소재가 우선 결정 배향성을 갖도록 유도하는 원래의 기능을 갖고 있지만, 만약 매트릭스와 조성이 일치하지 않는 경우, 오히려 불순물로서 작용을 하므로 적정량 이상 첨가하는 경우 매트릭스 압전 소재의 압전 성능을 오히려 떨어뜨리는 원인이 된다. 따라서, TGG 공정 적용을 위한 템플릿 씨드의 함량은 최소화되어야 하지만, 템플릿 씨드를 이용해 우수한 배향성을 갖도록 성장을 시켜야 하므로 매트릭스 조성과 유사한 화학적 조성을 가지는 템플릿 씨드의 조성과 그 함량의 적절한 제어가 필요하다.
TGG 공정을 이용한 고배향성 압전 소재를 제조하는 과정에 있어서 템플릿 씨드가 첨가되어 고성능의 압전 세라믹을 제조하는 방법을 이용하고 있는데, 이 경우 템플릿 씨드는 MPB 조성을 갖는 압전 소재 매트릭스에서 불순물로서 작용을 하므로 압전 특성을 저하시킬 수 있기 때문에 템플릿 소재의 함량은 최소화되어야 하지만, 씨드를 이용해 배향성이 우수한 매트릭스 세라믹을 성장시켜야 하므로 그 템플릿 씨드 소재의 조성과 함량의 제어가 필요하다. 특히 Pb를 포함하는 매트릭스 압전 소재를 텍스처(texture) 구조로 우선 배향성을 갖도록 성장시키기 위해 Pb와 화학적 조성 친화성을 갖는 Pb가 함유된 템플릿 씨드 사용이 필요하다. 이에 (Ba,Pb)TiO3 화학적 조성을 갖는 템플릿 씨드는 Pb를 포함하는 매트릭스 압전 세라믹의 TGG 공정을 통한 텍스터 구조의 제작이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 판상형 (Pb,Ba)TiO3 복합체 템플릿 세라믹 씨드의 제조 방법은, 하기 화학식 1에 따라 제조되며, 전구체로 Bi4Ti3O12를 이용하고, (PbCO3)2·Pb(OH)2 및 BaCO3의 몰비를 조절하여 합성되고, x:y의 비율은 1:1 내지 1:3이다.
Bi4Ti3O12 + x(PbCO3)2·Pb(OH)2 + yBaCO3 → (Pb,Ba)TiO3 + Bi2O3 + BaCO3 + PbCO3 + PbO + CO2 + H2O (화학식 1)
x:y의 비율이 1:2 일때 판상 형태를 나타낸다. x:y의 비율이 1:1에 가까울수록 씨드는 판상 형태를 나타내고, x:y의 비율이 1:3에 가까울수록 씨드는 블록 형태를 나타낸다. 상기 복합체 씨드 입자의 직경은 1μm 내지 20μm이다.
상기 세라믹 씨드는 이방성(anisotropic)을 가지며 결정 배향 성장을 유도한다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 판상형 (Pb,Ba)TiO3 복합체 템플릿 세라믹 씨드의 제조 방법은, 하기 화학식 2에 따라 제조되며, 전구체로 PbBi4Ti4O15를 이용하고, (PbCO3)2·Pb(OH)2 및 BaCO3의 몰비를 조절하여 합성되고, x:y의 비율은 1:1 내지 1:3이다.
PbBi4Ti4O15 + x(PbCO3)2·Pb(OH)2 + yBaCO3 → (Pb,Ba)TiO3 + Bi2O3 + BaCO3 + PbCO3 + PbO + CO2 + H2O (화학식 2)
x:y의 비율이 1:2 일때 판상 형태를 나타낸다. x:y의 비율이 1:1에 가까울수록 씨드는 판상 형태를 나타내고, x:y의 비율이 1:3에 가까울수록 씨드는 블록 형태를 나타낸다. 상기 복합체 씨드 입자의 직경은 1μm 내지 20μm이다. 상기 세라믹 씨드는 이방성(anisotropic)을 가지며 결정 배향 성장을 유도한다.
본 발명의 템플릿 씨드의 경우 이방성의 판상형을 가지며 Pb 계열 물질이 포함되어 있어 매트릭스 소재로서 Pb계 압전 세라믹을 이용한 텍스처 구조의 압전 세라믹을 제조함에 있어서 매트릭스 불순물의 역할이 감소된다. 또한, 템플릿 씨드 소재 내에 Pb를 포함하고 있어 일반적인 압전 세라믹 소결 시 Pb 휘발에 따른 설계 조성의 왜곡으로 압전 성능이 저하되는 문제점도 동시에 해결할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 본 발명은 제조가 어려운 판상형 PbTiO3 씨드를 독립적으로 사용하지 않아도 되기 때문에 비용 절감 측면에서도 유리한 장점을 갖고 있다.
도 1은 전구체로 Bi4Ti3O12를 이용하고, (PbCO3)2·Pb(OH)2 및 BaCO3의 몰비를 x:y=1:1, x:y=1:2, x:y=1:3 로 변경하여 합성된 (Pb,Ba)TiO3 복합체의 SEM 이미지를 도시한다.
도 2 및 도 3은 전구체로 Bi4Ti3O12를 이용하여 (Pb,Ba)TiO3 복합체를 합성한 경우의 XRD 데이터 및 EDS 데이터를 각각 도시한다.
도 4 내지 도 6은 전구체로 전구체로 PbBi4Ti4O15를 이용하여 (PbCO3)2·Pb(OH)2 및 BaCO3의 몰비를 조절하여 몰비 1:1 내지 1:3으로 합성된 (Pb,Ba)TiO3 복합체의 SEM 이미지, XRD 데이터 및 EDS 데이터를 각각 도시한다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
TGG 공정을 이용하여 우수한 배향성을 갖는 텍스처 구조의 압전 세라믹 소재를 제조하는 과정에 있어서 테입 캐스팅 (tape casting)과 같은 후막 세라믹 제조 공정을 통해 템플릿 입자를 압전 시트 소재의 성장 과정에 투입하여 성장을 시키는 방법이 있으며, 이 경우 템플릿 씨드는 이방성을 갖도록 판상형 구조를 가져야 매트릭스 압전 소재의 결정성이 특정 축으로 우선 배향성을 갖도록 성장시키는데 도움을 줄 수 있다. 다만, 이러한 템플릿 씨드는 압전 소재 매트릭스에서 불순물로서 작용을 하므로 템플릿 씨드의 함량은 최소화되어야 하지만, 매트릭스 압전 소재와 동일하거나 유사한 원소를 가지는 템플릿 씨드를 이용하면 우수한 결정 배향성과 함께 우수한 압전 특성을 동시에 가지는 효과를 얻을 수 있어 그 템플릿 씨드 함량의 제어가 필요하다.
본 발명은 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3, Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3, Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3, Pb(Y1/2Nb1/2)O3-PbTiO3, Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr,Ti)O3, Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr,Ti)O3, Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr,Ti)O3, Pb(Y1/2Nb1/2)O3-Pb(Zr,Ti)O3, Pb(Y1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3, Pb(Y1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr,Ti)O3, Pb(Y1/2Nb1/2)O3-Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3, Pb(Y1/2Nb1/2)O3-Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr,Ti)O3, Pb(Y1/2Nb1/2)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3, Pb(Y1/2Nb1/2)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr,Ti)O3, BiScO3-PbTiO3, BiScO3-PbTiO3, BiScO3-Pb(Zr,Ti)O3와 같은 다양한 Pb 원소를 포함한 계열의 압전 세라믹 조성물을 갖는 매트릭스 압전 소재를 텍스처 구조의 고배향성을 갖도록 성장시킴에 있어서 이용되는 템플릿 씨드의 제조 방법에 관한 것이다. 이러한 템플릿 씨드는 위에서 언급한 것처럼 압전 소재의 매트릭스에서 불순물로 작용하기 때문에 최소화되어야 하지만, 본 발명의 템플릿 씨드의 경우 Pb 계열 물질이 포함되어 있어 상기 Pb 원소를 포함하는 압전 세라믹을 제조 함에 있어서 불순물의 역할이 감소된다. 또한, 템플릿 씨드 자체가 Pb를 포함하고 있어 압전 세라믹 소결시 Pb가 휘발되는 문제점도 상당히 해결할 수 있을 것으로 기대된다.
본 발명의 복합체 템플릿 씨드의 제조에 있어서, 판상형 PbTiO3의 경우, 용융염법(molten salt)과 등화학치환공정(topochemical microcrystal conversion)을 이용하여 제조가 가능하지만, 제조 공정이 복잡하고 넓은 비표면적을 갖는 판상형 구조를 제조하기가 매우 어려운 단점을 갖고 있다. 하지만, BaTiO3의 경우 유사한 제조 공정을 이용함에도 불구하고 PbTiO3와 달리 비교적 넓은 면적을 갖는 판상형의 성장이 가능하다. 하지만 PbTiO3는 TGG 공정을 이용한 텍스처 구조의 Pb계 압전 세라믹 제조 시 BaTiO3와 달리 원소에 기인한 화학적 균일함을 유지할 수 있어, 불순물 역할을 줄여주고, 템플릿 씨드 형태로 구현되어 Pb 휘발 문제를 일부 해결해 주는 장점이 있어, 본 발명에서는 두 가지 PbTiO3 및 BaTiO3의 장점을 모두 이용한 복합체 씨드를 제조하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 (Pb,Ba)TiO3 복합체 씨드의 제조 방법은 하기 화학식 1에 따라 제조되며, 전구체로 Bi4Ti3O12를 이용하고, (PbCO3)2·Pb(OH)2 및 BaCO3의 몰비를 조절하여 합성된다.
Bi4Ti3O12 + x(PbCO3)2·Pb(OH)2 + yBaCO3 → (Pb,Ba)TiO3 + Bi2O3 + BaCO3 + PbCO3 + PbO + CO2 + H2O (화학식 1)
이 경우 몰비인 x:y의 비율은 1:1 내지 1:3으로 제어될 수 있다.
x:y의 비율이 1:1에 가까울수록 씨드는 판상 형태에 가까운 형태를 나타내고, x:y의 비율이 1:에 가까울수록 씨드는 블록 형태(육면체 형태 또는 다각형체 형태)를 나타낸다. 이 경우 x:y가 1:2일 경우 도 1에서 보듯이 판상 형태가 가장 바람직한 형태로 나타났다.
제조된 복합체 템플릿 씨드 입자의 직경은 1μm 내지 20μm이다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 (Pb,Ba)TiO3 복합체 템플릿 씨드의 제조 방법은, 하기 화학식 2에 따라 제조되며, 전구체로 PbBi4Ti4O15를 이용하고, (PbCO3)2·Pb(OH)2 및 BaCO3의 몰비를 조절하여 합성된다.
PbBi4Ti4O15 + x(PbCO3)2·Pb(OH)2 + yBaCO3 → (Pb,Ba)TiO3 + Bi2O3 + BaCO3 + PbCO3 + PbO + CO2 + H2O (화학식 2)
이 경우 몰 비율인 x:y의 비율은 1:1 내지 1:3으로 제어될 수 있다.
이 경우에도 역시 x:y의 비율이 1:1에 가까울수록 씨드는 판상 형태를 나타내고, x:y의 비율이 1:3에 가까울수록 씨드는 블록 형태를 나타낸다. 이 경우 x:y가 1:2일 경우 도 4에서 보듯이 판상 형태가 가장 바람직한 형태로 나타났다. 복합체 템플릿 씨드 입자의 직경은 1μm 내지 20μm이다.
본 발명의 방법에 따라 제조된 (Pb,Ba)TiO3 복합체 템플릿 씨드는 상기 Pb 계열의 압전 세라믹의 제조에 첨가된다.
이하에서는 구체적인 실시예와 함께 본 발명의 내용을 추가적으로 설명하도록 하겠다.
1) Bi 4 Ti 3 O 12 (BiT) 제조
판상형 Bi4Ti3O12를 합성하기 위하여 용융염법(Molten Salt Synthesis)을 사용하였고 사용된 원료는 Bi2O3(purity 99.99%, Kojundo Chemical Laboratory, Japan), TiO2(purity 99.9%, Sigma-Aldrich, USA), NaCl(purity 99.5%, Sigma-Aldrich, USA)이다. 하기 (1)번 식을 통해 원료들을 화학양론적으로 평량하였으며 NaCl은 분말과 무게비 1:1로 폴리에틸렌 재질의 병에 투입하였다. 그리고 에탄올(purity 99.9%, Daejung Chemicals & metals, Korea)과 지르코니아 볼(Φ= 3 mm, 5 mm, 10 mm)을 추가로 투입하여 24 시간 동안 분쇄 및 혼합을 한 후 120℃ 오븐에서 건조하였다. 건조된 분말을 알루미나 도가니에 넣고 밀봉한 후 전기로에서 분당 5℃씩 승온 시켜 1100℃에서 2 시간 유지하고 자연냉각을 시켰다. 합성된 Bi4Ti3O12는 NaCl를 제거하기 위하여 90℃의 증류수로 수세를 진행하였다. 세척 후 120℃ 오븐에서 건조 시켜 판상형 Bi4Ti3O12를 얻었다.
2Bi2O3 + 3TiO2 -> Bi4Ti3O12 (BiT) ··· (1)
2) PbBi 4 Ti 4 O 15 (PBiT) 제조
PbO(purity 99.9%, Sigma-Aldrich, USA), Bi2O3(purity 99.99%, Kojundo Chemical Laboratory, Japan), TiO2(purity 99.9%, Sigma-Aldrich, USA), KCl(purity 99.0%, Sigma-Aldrich, USA)을 원료로 사용하여 판상형 PbBi4Ti4O15를 용융염법(Molten Salt Synthesis)으로 합성하였다. BiT와 마찬가지로 하기 (2)번 식을 통해 원료들을 화학양론적으로 평량하였으며 KCl은 분말과 무게비 1:1로 폴리에틸렌 재질의 병에 투입하였다. 그리고 에탄올(Daejung Chemicals & metals, Korea)과 지르코니아 볼(Φ= 3 mm, 5 mm, 10 mm)을 추가로 투입하여 24 시간 동안 분쇄 및 혼합을 한 후 120℃ 오븐에서 건조하였다. 건조된 분말을 알루미나 도가니에 넣고 밀봉한 후 전기로에서 분당 5℃씩 승온 시켜 1050℃에서 5 시간 유지하고 자연냉각을 시켰다. 합성된 PbBi4Ti4O15는 90℃의 증류수를 사용하여 KCl을 제거하였다. 세척 후 120℃ 오븐에서 건조 시켜 판상형 PbBi4Ti4O15를 얻었다.
PbO + 2Bi2O3 + 4TiO2 -> PbBi4Ti4O15 (PBiT) ··· (2)
3) (Pb,Ba)TiO 3 (PBT) 제조
판상형 (Pb,Ba)TiO3는 Topochemical Microcrystal Conversion(TMC)법을 통해 합성하였으며 원료는 Bi4Ti3O12, PbBi4Ti4O15, (PbCO3)2·Pb(OH)2(Sigma-Aldrich, USA), BaCO3(purtiy 99.95%, Kojundo Chemical Laboratory, Japan), KCl(purity 99.0%, Sigma-Aldrich, USA), NaCl(purity 99.5%, Sigma-Aldrich, USA)이다. (Pb,Ba)TiO3는 아래의 식(3), (4)와 같이 BiT와 PBiT 두 종류의 전구체를 사용하여 합성하였고 염은 각각 NaCl과 KCl을 사용하였다. 이번 실험에서는 (PbCO3)2·Pb(OH)2와 BaCO3의 몰비를 1:1, 1:2, 1:3으로 각각 (Pb,Ba)TiO3를 합성하였다. 원료들을 분자량에 맞게 평량한 후 분말과 염을 무게비 1:1로 폴리에틸렌 재질의 병에 투입하였다. 입자의 판상을 유지하기 위해 지르코니아 볼을 넣지 않고 에탄올(Daejung Chemicals & metals, Korea)만 투입하여 24 시간 동안 혼합을 한 후 120℃ 오븐에 건조하였다. 건조된 분말은 알루미나 도가니에 넣고 밀봉 후 전기로에서 분당 5℃씩 승온 시켜 1050℃에서 2 시간 유지하고 자연냉각을 시켰다. 합성된 (Pb,Ba)TiO3는 90℃의 증류수로 염을 세척 하였고 6M HNO3 수용액으로 잔류 Bi2O3, BaCO3, PbCO3, PbO를 제거하였다. 그 후 90℃의 증류수로 남아있는 산을 세척 하였으며 120℃ 오븐에서 건조 후 판상형 (Pb,Ba)TiO3를 얻었다.
Bi4Ti3O12 + (PbCO3)2·Pb(OH)2 + BaCO3 -> (Pb,Ba)TiO3 + Bi2O3 + BaCO3 + PbCO3 + PbO + CO2 + H2O ··· (3)
PbBi4Ti4O15 + (PbCO3)2·Pb(OH)2 + BaCO3 -> (Pb,Ba)TiO3 + Bi2O3 + BaCO3 + PbCO3 + PbO + CO2 + H2O ··· (4)
도 1은 전구체로 Bi4Ti3O12를 이용하고, (PbCO3)2·Pb(OH)2 및 BaCO3의 몰비를 x:y=1:1, x:y=1:2, x:y=1:3 으로 변경하여 합성된 (Pb,Ba)TiO3 복합체의 SEM 이미지를 도시한다.
도 1에서 보는 것처럼, 1:3 의 경우 입자의 형태가 판상을 나타내기 보다는 블록을 나타내고, BaCO3의 양이 많아서 입자의 두께 방향 성장에 영향을 미치는 것으로 판단되며, 1:3에서 1:1 으로 BaCO3의 양이 줄어들수록 입자가 블록형태보다는 판상을 나타냄을 확인하였다. 모든 합성비에서 입자의 직경은 1 ㎛ ~ 20 ㎛로 다양하게 관찰되었다.
도 2 및 도 3은 전구체로 Bi4Ti3O12를 이용하여 (Pb,Ba)TiO3 복합체를 합성한 경우의 XRD 데이터 및 EDS 데이터를 각각 도시한다.
도 2에서 보는 것처럼 (Pb,Ba)TiO3 복합체 모두 2차상 없이 잘 합성되었음을 확인할 수 있고, (Pb,Ba)TiO3 복합체는 모든 합성비에서 테트라고날(tetragonal) 상을 나타냄을 확인하였다.
도 4 내지 도 6은 전구체로 전구체로 PbBi4Ti4O15를 이용하여 (PbCO3)2·Pb(OH)2 및 BaCO3의 몰비를 조절하여 몰비 1:1 내지 1:3으로 합성된 (Pb,Ba)TiO3 복합체의 SEM 이미지, XRD 데이터 및 EDS 데이터를 각각 도시한다.
SEM 이미지를 보면 입자의 형태가 판상과 블록이 혼합되어 나타났다. 이 역시 실험1의 결과와 마찬가지로 과잉 BaCO3가 입자의 두께 방향 성장에 영향을 미치는 것으로 확인하였다. 몰비가 1:3 의 경우 입자의 형태가 판상을 나타내기 보다는 블록을 나타내고, BaCO3의 양이 많아서 입자의 두께 방향 성장에 영향을 미치는 것으로 판단되며, 1:3에서 1:1 으로 BaCO3의 양이 줄어들수록 입자가 블록형태보다는 판상을 나타냄을 확인하였다. 모든 합성비에서 입자의 직경은 1 ㎛ ~ 20 ㎛로 다양하게 관찰되었다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 하기 화학식 1에 따라 제조되며,
    전구체로 Bi4Ti3O12를 이용하고, (PbCO3)2·Pb(OH)2 및 BaCO3의 몰비를 조절하여 합성되는,
    Bi4Ti3O12 + x(PbCO3)2·Pb(OH)2 + yBaCO3 → (Pb,Ba)TiO3 + Bi2O3 + BaCO3 + PbCO3 + PbO + CO2 + H2O (화학식 1)
    x:y의 비율은 1:1 내지 1:3인,
    판상형 (Pb,Ba)TiO3 복합체 템플릿 세라믹 씨드의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    x:y의 비율이 1:2 일때 판상 형태를 나타내는,
    판상형 (Pb,Ba)TiO3 복합체 템플릿 세라믹 씨드의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    x:y의 비율이 1:1에 가까울수록 씨드는 판상 형태를 나타내는,
    판상형 (Pb,Ba)TiO3 복합체 템플릿 세라믹 씨드의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    x:y의 비율이 1:3에 가까울수록 씨드는 블록 형태를 나타내는,
    판상형 (Pb,Ba)TiO3 복합체 템플릿 세라믹 씨드의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합체 씨드 입자의 직경은 1μm 내지 20μm인,
    판상형 (Pb,Ba)TiO3 복합체 템플릿 세라믹 씨드의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 씨드는 이방성(anisotropic)을 가지며 결정 배향 성장을 유도하는,
    판상형 (Pb,Ba)TiO3 복합체 템플릿 세라믹 씨드의 제조 방법.
  7. 하기 화학식 2에 따라 제조되며,
    전구체로 PbBi4Ti4O15를 이용하고, (PbCO3)2·Pb(OH)2 및 BaCO3의 몰비를 조절하여 합성되는,
    PbBi4Ti4O15 + x(PbCO3)2·Pb(OH)2 + yBaCO3 → (Pb,Ba)TiO3 + Bi2O3 + BaCO3 + PbCO3 + PbO + CO2 + H2O (화학식 2)
    x:y의 비율은 1:1 내지 1:3인,
    판상형 (Pb,Ba)TiO3 복합체 템플릿 세라믹 씨드의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    x:y의 비율이 1:2 일때 판상 형태를 나타내는,
    판상형 (Pb,Ba)TiO3 복합체 템플릿 세라믹 씨드의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    x:y의 비율이 1:1에 가까울수록 씨드는 판상 형태를 나타내는,
    판상형 (Pb,Ba)TiO3 복합체 템플릿 세라믹 씨드의 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    x:y의 비율이 1:3에 가까울수록 씨드는 블록 형태를 나타내는,
    판상형 (Pb,Ba)TiO3 복합체 템플릿 세라믹 씨드의 제조 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 복합체 씨드 입자의 직경은 1μm 내지 20μm인,
    판상형 (Pb,Ba)TiO3 복합체 템플릿 세라믹 씨드의 제조 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 세라믹 씨드는 이방성(anisotropic)을 가지며 결정 배향 성장을 유도하는,
    판상형 (Pb,Ba)TiO3 복합체 템플릿 세라믹 씨드의 제조 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된,
    판상형 (Pb,Ba)TiO3 복합체 템플릿 세라믹 씨드.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 (Pb,Ba)TiO3 복합체 씨드는 Pb 계열의 압전 세라믹의 제조에 첨가되는,
    판상형 (Pb,Ba)TiO3 복합체 템플릿 세라믹 씨드.
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