KR102555476B1 - Knn계 시드 및 그 제조 방법 - Google Patents

Knn계 시드 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102555476B1
KR102555476B1 KR1020200116065A KR20200116065A KR102555476B1 KR 102555476 B1 KR102555476 B1 KR 102555476B1 KR 1020200116065 A KR1020200116065 A KR 1020200116065A KR 20200116065 A KR20200116065 A KR 20200116065A KR 102555476 B1 KR102555476 B1 KR 102555476B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
knn
seed
composition
seeds
present
Prior art date
Application number
KR1020200116065A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220034274A (ko
Inventor
민유호
안철우
최종진
한병동
김정환
Original Assignee
한국재료연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국재료연구원 filed Critical 한국재료연구원
Priority to KR1020200116065A priority Critical patent/KR102555476B1/ko
Publication of KR20220034274A publication Critical patent/KR20220034274A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102555476B1 publication Critical patent/KR102555476B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/22—Complex oxides
    • C30B29/30—Niobates; Vanadates; Tantalates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B1/00—Single-crystal growth directly from the solid state
    • C30B1/02—Single-crystal growth directly from the solid state by thermal treatment, e.g. strain annealing
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Pretreatment Of Seeds And Plants (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

배향성이 우수한 KNN계 시드 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 KNN계 시드는 (K1-x-yNaxBay)NbO3 의 조성을 갖는다.
(단, 0 < x + y < 1, 0 < x < 1, 0 < y < 0.02 이다.)

Description

KNN계 시드 및 그 제조 방법{KNN SEED, AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 고배향성 KNN계 시드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
압전 소자는 사용자의 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하거나 또는 기계적 에너지와 전기적 에너지의 상호 변환이 가능하다. 압전 소자는 우수한 압전 특성에 기인하여, 변압기, 액추에이터, 트랜스듀서, 센서, 레조네이터, 필터 등의 용도로 광범위하게 응용되고 있다.
일반적으로 페로브스카이트 구조의 압전 소자가 가장 널리 사용되고 있다. 상기 페로브스카이트 구조를 가지는 압전 소자는 대부분 납을 주성분으로 하는 Pb(Zr,Ti)O3계 조성 또는 Pb(Mg1/3Nb2/3)TiO3계 조성이 사용되고 있다. 그러나 상기 조성물들은 납(Pb) 성분의 환경 및 인체 독성으로 인해 근본적인 사용 한계를 가진다.
한편, K1-xNaxNbO3계 (이하, KNN계라 한다) 페로브스카이트는 기존의 납 성분을 가지는 페로브스카이트를 대체할 수 있는 친환경 무연계(Pb free) 압전 소재이다. 그러나, 일반적인 다결정의 세라믹의 경우 특성이 낮은 단점이 있다.
KNN계 소재를 제조하는 방식 중 TGG(Templated Grain Growth) 방식은 고배향성을 지닌 시드를 템플레이트(template)로 활용하여 다결정 분말이 배향성을 지니도록 성장시키는 방법이다. 이를 통해 다결정 세라믹의 압전 특성이 무배향 다결정 압전 세라믹 대비 배향성장을 통해 크게 증가하는 것으로 알려져 있다.
하지만 TGG 방식을 적용하기 위해서는 시드 성장용 다결정 분말과 유사한 조성을 지니면서 고배향성을 지닌 시드가 선행적으로 개발되어야 한다.
종래에는 2차원 시드를 성장시키는 방식으로는 일종의 다단계 치환 방식을 적용한 토포 케미컬(topochemical) 공정이 활용되었다.
도 1은 토포 케미컬(topochemical) 공정의 개략도이다.
도 1에서 도시한 바와 같이, 상기 토포 케미컬 공정은 Bi-Nb-O 계열의 판상을 우선 합성하고, Bi를 Na 와 K로 치환시키는 방식이다.
하지만, 상기 토포 케미컬 공정은 다단계 과정이 필요하고 열처리 단계를 여러 번 필요로 하기 때문에 비용이 증가하는 문제점이 있다. 또한 토포 케미컬 공정은 상용화가 어렵기 때문에, 원스텝으로 비교적 빠르게 2차원 형상의 KNN계 시드의 제조 방법이 필요하다.
본 발명의 목적은 배향성이 우수한 KNN계 시드를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 세라믹의 압전 특성을 향상시킬 수 있는 KNN계 시드를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 비교적 단순한 공정을 이용하여 원스텝으로 상기 KNN계 시드를 제조할 수 있는, KNN계 시드의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 KNN계 시드는 (K1-x-yNaxBay)NbO3 의 조성을 갖는다.
(단, 0 < x + y < 1, 0 < x < 1, 0 < y < 0.02 이다.)
본 발명에 따른 KNN계 시드의 제조 방법은 (a) KNN계 시드용 조성물을 마련하는 단계; (b) 상기 KNN계 시드용 조성물과 알칼리계 염을 혼합하는 단계; (c) 상기 혼합된 혼합물을 열처리하여 (K1-x-yNaxBay)NbO3 의 조성을 갖는 KNN계 시드를 제조하는 단계; 및 (d) 상기 KNN계 시드를 세척하여 잔류하는 염을 제거하는 단계;를 포함한다.
(단, 상기 (c) 단계에서 0 < x + y < 1, 0 < x < 1, 0 < y < 0.02 이다.)
본 발명에서는 Ba의 함량을 조절하여 배향성이 우수한 KNN계 시드 제조가 가능하다.
또한 본 발명에서는 기존 다단계 치환 방식이 아닌 원스텝 방식으로 비교적 단순하게 고배향성의 KNN계 시드 제조가 가능하다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 토포 케미컬(topochemical) 공정의 개략도이다.
도 2는 용융염(molten salt) 공정의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 KNN계 시드의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 내지 5, 비교예 1, 2에서 제조된 KNN계 시드의 SEM 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2, 3에서 제조된 KNN계 시드의 측면 크기를 측정한 통계 결과이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1 내지 5, 비교예 1, 2에서 제조된 KNN계 시드의 X-선 회절 분석 결과이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1 내지 5, 비교예 1, 2에서 제조된 KNN계 시드의 배향도 결과이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 KNN계 시드 및 그 제조 방법을 설명하도록 한다.
도 2는 용융염(molten salt) 공정의 개략도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 용융염 공정은 한 번에 모든 원료 분말 또는 하소한 분말을 넣고 염을 첨가한 후, 상기 염이 용융되는 온도 이상으로 올려주면 특정 조건에서 시드를 형성하는 방식이다.
상기 용융염 공정은 비교적 간단한 원스텝 방식이나, 시드로 성장시키는 조건이 매우 까다로워 비교적 널리 활용되지 않고 있다.
본 발명에서는 용융염 공정을 통해 비교적 간단한 방식으로 TGG(Templated Grain Growth)용 고배향성 KNN계 시드를 제조하고자 한다.
본 발명은 KNN계 세라믹의 압전 특성을 향상시키기 위해, 시드를 구성하는 성분 중 Ba의 함량을 조절하여 조성을 설정하였다.
(K1-x-yNaxBay)NbO3 (0 < x + y < 1, 0 < x < 1, 0 < y < 0.02) 조성에서 모든 값을 고정시킨 후 Ba 의 함량을 변화시키면, Ba 의 특정 함량에서만 고배향성 시드가 생성되는 것을 확인하였다.
상기 y가 0인 경우 Ba이 첨가되지 않아 불규칙한 형상을 지닌 시드로 활용 불가능한 분말이 제조될 수 있으며, 고배향성 시드를 제조하기 어렵다. 반대로, y가 제시된 범위를 벗어나는 경우, Ba의 과잉 첨가로 인해 불규칙한 형상의 분말이 제조될 수 있다.
즉, 시드 조성에서 Ba 이 아예 첨가되지 않거나, Ba 의 함량이 특정 값 이상 첨가되면 시드로 활용 불가능한 불규칙한 형상의 분말이 생성되었다.
본 발명은 상기 KNN계 시드용 조성물을 이용하여 KNN계 시드를 제조한다.
도 3은 본 발명의 KNN계 시드의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 KNN계 시드의 제조 방법은 KNN계 시드용 조성물을 마련하는 단계(S110), 알칼리계 염을 혼합하는 단계(S120), 열처리하는 단계(S130) 및 잔류하는 염을 제거하는 단계(S140)를 포함한다.
먼저, KNN계 시드용 조성물을 마련한다.
상기 KNN계 시드용 조성물을 마련하기 위해, K 함유 화합물, Na 함유 화합물, Ba 함유 화합물 및 Nb 함유 화합물을 포함하는 전구체를 혼합하는 단계와 상기 혼합된 전구체를 열처리하는 단계를 수행한다.
전구체를 혼합하는 단계는 KNN계 시드용 조성을 갖도록 상기 화합물을 포함하는 전구체들을 조성비에 맞춰 칭량한 후, 용매를 이용하여 밀링으로 혼합할 수 있다.
예를 들어, K 함유 화합물은 K2CO3가 될 수 있고, Na 함유 화합물은 Na2CO3가 될 수 있고, Nb 함유 화합물은 Nb2O5가 될 수 있다.
K 함유 화합물, Na 함유 화합물, Nb 함유 화합물은 상기 제시된 화합물 이외에도 필요에 따라 다른 물질들이 이용될 수 있다.
용매는 유기 용매로서 에틸렌 알코올, 메탄올 등의 용매가 사용될 수 있다.
밀링으로 혼합하는 과정은 약 12시간 내지 24시간 동안 수행될 수 있다.
상기 KNN계 원료 분말의 균질성을 높이기 위해 밀링과 건조를 반복 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 혼합된 전구체는 건조하여 700~1000℃에서 30분~4시간 동안 열처리 내지 하소한다. 상기 온도 범위에서 열처리를 하게 되면 휘발성분이나 유기용매가 일부 또는 전부 제거된다. 예를 들어 800℃에서 2시간 동안 유지한 후 승온하여 900℃에서 3시간 유지할 수 있다.
열처리 온도가 700~1000℃를 벗어나는 경우 반응의 효율이 낮을 수 있다.
이처럼, 상기 전구체들을 혼합하여 하소함으로써, KNN계 원료 분말을 포함하는 KNN계 시드용 조성물을 제조할 수 있다.
이어서, KNN계 시드를 제조하기 위해, 앞서 제조된 상기 KNN계 시드용 조성물과 알칼리계 염을 혼합한다.
상기 KNN계 시드용 조성물과 알칼리계 염을 혼합하는 것은 KNN계 원료 분말과 염을 완전히 혼합하는 것 뿐만 아니라, KNN계 원료 분말 층의 위 또는 아래에 염을 배치한 형태와, KNN계 원료 분말 층의 위 또는 아래에 염을 적층한 형태도 포함한다.
알칼리계 염은 용융에 의해 액상을 형성할 수 있는 용융염을 가리킨다.
예를 들어 알칼리계 염은 KF, KCl, NaF, NaCl 및 LiF 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 이러한 알칼리계 염은 800℃ 이상의 온도에서 쉽게 액상을 형성할 수 있어 시드 제조에 적합하다.
상기 KNN계 시드용 조성물과 알칼리계 염의 전체 100중량%에 대하여, 상기 알칼리계 염을 30~70중량%로 혼합할 수 있다.
알칼리계 염의 함량이 30중량% 미만일 경우, 액상 형성이 불충분하여 열처리 과정에서 목표로 하는 사이즈의 시드 형성이 어려울 수 있다. 반대로, 알칼리계 염의 함량이 70중량%를 초과하는 경우 KNN계 원료 분말의 첨가량이 적어지면서 생산성이 저하될 수 있다.
이어서, 상기 혼합된 혼합물을 열처리하여 (K1-x-yNaxBay)NbO3 의 조성을 갖는 KNN계 단결정 시드를 제조한다. 여기서, 0 < x + y < 1, 0 < x < 1, 0 < y < 0.02 이다.
열처리는 800~1200℃에서 10분~3시간 동안 수행될 수 있다. 열처리 온도가 800℃ 미만인 경우, 용융염의 액상 형성이 충분하지 않고 결정 성장도 불충분할 수 있다. 반대로, 열처리 온도가 1200℃를 초과하는 경우 열처리에 소요되는 에너지 증가에 비해 시드 성장이 효율적이지 못하다.
이어서, 상기 KNN계 시드를 세척하여 잔류하는 염을 제거한다.
잔류하는 알칼리계 염의 제거는 상기 열처리 후 냉각된 알칼리계 염을 30~80℃의 증류수에 용해시키는 방법으로 수행될 수 있다. 이 과정에서 알칼리계 염만 증류수에 선택적으로 용해됨으로써 제거될 수 있다. 세척은 적어도 1회 이상 수행될 수 있으며, 필터링, 원심분리 등의 다양한 방식으로 수행될 수 있다.
이처럼, 본 발명의 제조 방법에 따라 제조되는 KNN계 시드는 (K1-x-yNaxBay)NbO3 의 조성을 갖는다. 여기서, 0 < x + y < 1, 0 < x < 1, 0 < y < 0.02 이다.
최종 결과물인 KNN계 시드는 페로브스카이트(ABO3) 구조로, A 자리에는 알칼리 금속 Na, K, Ba 이 위치하고, B 자리에는 Nb 가 위치한다. A 자리의 Na 과 K, Ba 의 mol 비율에 따라 저온에서의 결정 구조 또는 고온에서의 결정 구조를 제어하여 유전 및 압전 특성의 향상을 유도할 수 있다.
KNN계 페로브스카이트는 온도에 따라 결정 구조가 변화한다. 상온에서는 사방정계(orthorhombic) 구조가 안정한 상이며, 온도가 증가함에 따라 약 200℃ 이상에서는 정방정계(tetragonal) 구조, 더 나아가 약 450℃ 이상에서는 등축정계(cubic) 구조로 존재한다.
본 발명의 KNN계 시드는 직각 좌표계를 구성하는 적어도 어느 하나의 축 방향에 대한 수직한 단면이 직사각형 형상을 가지는 사방정계 구조일 수 있다. 예를 들어, x축, y축 또는 z축 방향에 대한 수직한 단면이 직사각형 형상을 나타낸다.
그리고 상기 KNN계 시드는 (100) 방향으로 배향된 배향도(Lotgering factor, LF)가 70% 이상의 값을 가질 수 있고, 바람직하게는 80% 내지 100%의 값을 가질 수 있다.
배향도, 즉, 로트게링 팩터(LF)는 랜덤한 벌크 분말을 기준으로 얼마만큼 특정 방향으로 배향되었는지를 나타내는 지수이다. 로트게링 팩터가 0%이면 랜덤한 벌크 분말을 나타낸다. 로트게링 팩터가 100%이면 특정 방향으로 모두 배향된 것을 나타낸다.
이와 같이 KNN계 시드 및 그 제조 방법에 대하여 그 구체적인 실시예를 살펴보면 다음과 같다.
1. KNN계 시드의 제조
실시예 1 : (K 0.875 Na 0.123 Ba 0.002 )NbO 3 조성을 지닌 KNBN 시드 제조
K2CO3, Na2CO3, BaCO3, Nb2O5를 K:Na:Ba:Nb의 몰비가 0.432:0.565:0.003:1 이 되도록 총 무게를 대략 120g 측정하였다. 이어서 에탄올 200ml에 혼합하여 지르코니아 볼(5mm) 1500g을 넣어주어 170rpm으로 볼밀 혼합을 24시간 진행하였다. 이후 볼을 sieve로 걸은 후 에탄올 용매를 건조한 다음, 분말을 알루미나 사각 도가니에 넣고 800℃에서 2시간 유지 후 승온하여 900℃에서 3시간 유지 후 로냉으로 냉각하여 KNBN 분말을 제조하였다.
제조된 KNBN 분말과 KF 염을 무게비 70:30으로 혼합한 후, 1000℃에서 40분 열처리한 후, 열처리된 결과물을 실온까지 로냉하였다. 이후 약 80℃ 증류수로 세척하여 KF가 증류수에 용해되는 방식으로 제거하고 KNBN 시드를 제조하였다.
실시예 2 : (K 0.882 Na 0.115 Ba 0.003 )NbO 3 조성을 지닌 KNBN 시드 제조
K:Na:Ba:Nb의 몰비가 0.432:0.563:0.005:1 이 되도록 무게를 측정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 KNBN 시드를 제조하였다.
실시예 3 : (K 0.882 Na 0.112 Ba 0.006 )NbO 3 조성을 지닌 KNBN 시드 제조
K:Na:Ba:Nb의 몰비가 0.432:0.560:0.008:1 이 되도록 무게를 측정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 KNBN 시드를 제조하였다.
실시예 4 : (K 0.893 Na 0.098 Ba 0.009 )NbO 3 조성을 지닌 KNBN 시드 제조
K:Na:Ba:Nb의 몰비가 0.432:0.556:0.012:1 이 되도록 무게를 측정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 KNBN 시드를 제조하였다.
실시예 5 : (K 0.880 Na 0.107 Ba 0.013 )NbO 3 조성을 지닌 KNBN 시드 제조
K:Na:Ba:Nb의 몰비가 0.432:0.552:0.016:1 이 되도록 무게를 측정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 KNBN 시드를 제조하였다.
비교예 1 : (K 0.70 Na 0.30 )NbO 3 조성을 지닌 KNN 시드 제조
K:Na:Nb의 몰비가 0.432:0.568:1 이 되도록 무게를 측정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 KNN 분말을 제조하였다.
비교예 2 : (K 0.797 Na 0.183 Ba 0.020 )NbO 3 조성을 지닌 KNBN 시드 제조
K:Na:Ba:Nb의 몰비가 0.432:0.544:0.024:1 이 되도록 무게를 측정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 KNBN 분말을 제조하였다.
2. 물성 평가 방법 및 그 결과
하기 표 1의 KNN계 시드 조성비는 에너지 분산 X선 분광 (EDS) 분석을 통한 측정 결과를 기재하였다. 각 시편의 조성비는 시편마다 10부분의 다른 곳을 측정하여 계산한 평균 값이다.
[표 1]
Figure 112020096088120-pat00001
표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 의해 제조된 KNN계 시드의 조성은 Ba의 함량이 0.002 내지 0.013을 보였다.
Ba의 함량이 0 보다 크고 0.02보다 작을 때 원하는 물성의 시드를 얻을 수 있음을 나타낸다.
따라서 Ba의 함량은 시드 성장에 있어서 매우 중요한 요소이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 내지 5, 비교예 1, 2에서 제조된 KNN계 시드의 SEM 이미지이다.
도 4에 도시한 바와 같이, SEM 으로 관찰된 실시예들의 KNN계 시드는 적어도 어느 하나의 축 방향으로 관찰했을 때 직사각형 단면을 가지는 사방정계 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있다.
반면, 비교예들의 KNN계 분말은 Ba 이 첨가되지 않거나, 과량으로 첨가되었기 때문에 불규칙한 형상을 보였다.
도 5는 본 발명의 실시예 2, 3에서 제조된 KNN계 시드의 측면 크기를 측정한 통계 결과이다.
도 5를 참조하면, 실시예 2, 3의 KNN계 시드는 측면의 크기가 매우 균일한 것을 확인할 수 있다. 대략 시드 측면의 크기는 70.86 ± 21.52㎛, 61.76 ± 11.36㎛를 보인다.
실시예 1, 4, 5의 KNN계 시드 역시 측면의 크기가 균일할 것으로 예상된다.
도 6은 본 발명의 실시예 1 내지 5, 비교예 1, 2에서 제조된 KNN계 시드의 X-선 회절 분석 결과이다. 도 7은 본 발명의 실시예 1 내지 5, 비교예 1, 2에서 제조된 KNN계 시드의 배향도 결과이다.
KNN 계열에서는 30° 부근의 (110) 피크 강도가 얼마나 줄어드는지를 보고 배향여부를 정성적으로 알 수 있다.
도 6을 참조하면, KNN계 시드의 XRD 측정 결과, 실시예들의 KNN계 시드는 (100) 의 피크가 존재한다. 또한 실시예들의 KNN계 시드는 모두 (100), (200) 피크 강도(intensity)가 크고, (110) 피크 강도는 상대적으로 작다. 특히, 배향도(LF)가 97.29%인 실시예 3의 시드는 (110) 피크가 거의 보이지 않는다.
이는 실시예들의 KNN계 시드가 100 방향으로 배향되었다는 것을 의미한다.
이와 관련하여 도 7에 도시한 바와 같이, 실시예들의 KNN계 시드는 모두 배향도(LF)가 90% 이상을 보인다.
반면, 배향도(LF) 기준으로 비교예들의 KNN계 시드는 음수 값을 보인다. 즉, 100 방향으로 계산했을 때 음수 값을 갖는 것은 랜덤 벌크보다 다른 방향으로, 예를 들면 110 방향으로 좀 더 배향되어 있을 수 있다는 것이다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (8)

  1. (K1-x-yNaxBay)NbO3 의 조성을 가지며,
    직각 좌표계를 구성하는 적어도 어느 하나의 축 방향에 대한 수직한 단면이 직사각형 형상을 가지며,
    (100) 방향으로 배향된 배향도(Lotgering factor, LF)가 70% 이상인
    KNN계 시드.
    (단, 0 < x + y < 1, 0 < x < 1, 0 < y < 0.02 이다.)
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. (a) KNN계 시드용 조성물을 마련하는 단계;
    (b) 상기 KNN계 시드용 조성물과 알칼리계 염을 혼합하는 단계;
    (c) 상기 혼합된 혼합물을 800 ~ 1200℃에서 10분 ~ 3시간 동안 열처리하여 (K1-x-yNaxBay)NbO3 의 조성을 갖는 KNN계 시드를 제조하는 단계; 및
    (d) 상기 KNN계 시드를 세척하여 잔류하는 염을 제거하는 단계;를 포함하며,
    상기 (b) 단계에서, 상기 KNN계 시드용 조성물과 알칼리계 염의 전체 100중량%에 대하여, 상기 알칼리계 염을 30 ~ 70중량%로 혼합하는
    KNN계 시드의 제조 방법.
    (단, 상기 (c) 단계에서 0 < x + y < 1, 0 < x < 1, 0 < y < 0.02 이다.)
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (a) KNN계 시드용 조성물을 마련하는 단계는
    (a1) K 함유 화합물, Na 함유 화합물, Ba 함유 화합물 및 Nb 함유 화합물을 포함하는 전구체를 혼합하는 단계; 및
    (a2) 상기 혼합된 전구체를 열처리하는 단계;를 포함하는 KNN계 시드의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (a2) 단계에서, 열처리는 700~1000℃에서 30분~4시간 동안 수행되는 KNN계 시드의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
KR1020200116065A 2020-09-10 2020-09-10 Knn계 시드 및 그 제조 방법 KR102555476B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200116065A KR102555476B1 (ko) 2020-09-10 2020-09-10 Knn계 시드 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200116065A KR102555476B1 (ko) 2020-09-10 2020-09-10 Knn계 시드 및 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220034274A KR20220034274A (ko) 2022-03-18
KR102555476B1 true KR102555476B1 (ko) 2023-07-13

Family

ID=80936748

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200116065A KR102555476B1 (ko) 2020-09-10 2020-09-10 Knn계 시드 및 그 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102555476B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103966659A (zh) 2013-01-25 2014-08-06 中国科学院上海硅酸盐研究所 铌酸钾钠knn单晶的制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101855082B1 (ko) * 2016-06-22 2018-05-10 한국기계연구원 Knn계 단결정 시드 제조 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103966659A (zh) 2013-01-25 2014-08-06 中国科学院上海硅酸盐研究所 铌酸钾钠knn单晶的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Shinjiro Tashiro et al., Journal of the Ceramic Society of Japan, 2006, 114(5), pages 386-391*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220034274A (ko) 2022-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Madaro et al. Molten salt synthesis of K 4 Nb 6 O 17, K 2 Nb 4 O 11 and KNb 3 O 8 crystals with needle-or plate-like morphology
DE102005051855A1 (de) Verfahren zur Fertigung eines polykristallinen Keramikkörpers
JP2010090021A (ja) ペロブスカイト構造化合物の焼結体の製造方法
KR100394348B1 (ko) 압전 세라믹 제조 방법
CN105986319A (zh) 长方体状单晶的制造方法、长方体状单晶、陶瓷的制造方法、陶瓷、压电元件、压电装置和电子设备
KR100279543B1 (ko) 층상 결정 구조 산화물 및 그의 제조 방법
KR102555476B1 (ko) Knn계 시드 및 그 제조 방법
CN106518058B (zh) 一种由钛酸铋钾和氧化锌构成的无铅复合铁电陶瓷及制备
Li et al. Relaxor behavior and Raman spectra of CuO-doped Pb (Mg 1/3 Nb 2/3) O 3-PbTiO 3 ferroelectric ceramics
Wang et al. Microstructure and properties of KSr 2 Nb 5 O 15 ceramics with excess K+
CN109825872B (zh) 一维高性能BaTiO3/SrTiO3纳米复合介观晶体的可控制备方法
Stojanovic et al. Mechanically activating formation of layered structured bismuth titanate
CN106478089A (zh) 一种择优取向性BaTiO3/SrTiO3纳米复合陶瓷的制备方法
CN112661508B (zh) 一种低烧高储能锆钛酸锶钡基陶瓷材料及其制备方法
Obradovic et al. Morphological and Structural Characterization of MgAl 2 O 4 Spinel
Fu et al. Regulation of the Ba/Sr ratio of (Ba, Sr) TiO3 and nanorod build‐up through a topochemical synthesis method using BaTi2O5 as the template
Villegas et al. Influence of the calcining temperature on the sintering and properties of PZT ceramics
JPH1192144A (ja) 板状セラミックス粒子
Akishige et al. Synthesis of BaTi2O5 nanopowders by sol–gel method and the dielectric properties of the ceramics
Nautiyal et al. Preparation and characterization of lithium doped silver niobate perovskite system
KR20230081897A (ko) 투명 knn 계열 페로브스카이트 시드 및 이의 제조방법
JP6579318B2 (ja) イオン伝導性セラミックス及びその製造方法
KR101855082B1 (ko) Knn계 단결정 시드 제조 방법
Liu et al. Substitution of Pb with (Li1/2Bi1/2) in PbZrO3-based antiferroelectric ceramics
Yue et al. Dielectric properties of (010) oriented polycrystalline Ta2O5 substituted BaTi2O5 prepared by arc melting

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant