KR20110010182A - 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법 - Google Patents

페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20110010182A
KR20110010182A KR1020090067607A KR20090067607A KR20110010182A KR 20110010182 A KR20110010182 A KR 20110010182A KR 1020090067607 A KR1020090067607 A KR 1020090067607A KR 20090067607 A KR20090067607 A KR 20090067607A KR 20110010182 A KR20110010182 A KR 20110010182A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
starting material
perovskite structure
solution
oxide nanopowder
alcohol solution
Prior art date
Application number
KR1020090067607A
Other languages
English (en)
Inventor
김규연
백성기
손종역
윤송학
Original Assignee
포항공과대학교 산학협력단
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 포항공과대학교 산학협력단 filed Critical 포항공과대학교 산학협력단
Priority to KR1020090067607A priority Critical patent/KR20110010182A/ko
Publication of KR20110010182A publication Critical patent/KR20110010182A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F19/00—Metal compounds according to more than one of main groups C07F1/00 - C07F17/00
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
    • C01F11/02—Oxides or hydroxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00—Compounds of titanium
    • C01G23/003—Titanates
    • C01G23/006—Alkaline earth titanates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/30—Three-dimensional structures
    • C01P2002/34—Three-dimensional structures perovskite-type (ABO3)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

본 발명은 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 출발원료물질 수용액을 반응 용기에 주입하는 출발원료물질 수용액 주입단계와, 반응 용기의 내부 온도를 기 설정된 온도까지 점진적으로 상승시키면서 출발원료물질 수용액을 교반시키는 출발원료물질 수용액 교반단계와, 초음파를 이용하여 출발원료물질 알코올용액을 액적 형태로 반응 용기 내에 분무하는 출발원료물질 알코올용액 분무단계와, 출발원료물질 수용액과 출발원료물질 알코올용액을 혼합하고 반응시켜 결정화하는 결정화단계 및 결정화된 물질을 에이징하고 건조하여 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 형성하는 산화물 나노분말 형성단계를 포함하여 구성되고, 출발원료물질 알코올용액 분무단계에서 출발원료물질 알코올용액의 농도를 조절함으로써 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말의 조성비를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 제조되는 나노분말의 소결 특성과 유전 특성을 향상시킬 수 있다.
페로브스카이트, 적층세라믹 커패시터, 티탄산바륨, 초음파, 조성 조절

Description

페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF OXIDE NANO POWDER HAVING PEROVSKITE STRUCTURE}
본 발명은 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 졸-침전법으로 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 제조함에 있어서 생성되는 나노입자 간의 응집을 방지하고 입도 분포도 좁으며 정확하게 설계된 대로 조성을 조절할 수 있어, 향상된 소결 특성과 유전 특성을 얻을 수 있는 산화물 나노분말을 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근, 전자기술의 급격한 발전에 따라 전자부품의 소형화가 진행되면서 전자제품의 필수 수동소자로 사용되는 적층세라믹 커패시터(Multilayer Ceramic Capacitor, 이하 'MLCC')도 정전용량을 높이는 고용량화가 진행되고 있는데, MLCC의 고용량화를 위해서는 유전체의 유전율이 높고 유전체층이 박층화 및 다층화되어야 한다.
이러한 MLCC를 구성하는 원료로 일반적으로 유전율이 큰 페로브스카이트 구조의 강유전체 나노분말이 사용되고 있으며, 나노분말을 제조하는 방법으로는 고상 반응법, 공침법, 수열합성법, 졸-겔법, 졸-침전법 등이 알려져 있다.
이중 졸-침전법은 100℃ 이하의 저온에서 결정상이 생기기 때문에 하소와 같은 열처리 공정이 필요하지 않아 상당한 공정상의 이점이 있음에도, 나노입자의 생성 과정에서 일어나는 응집에 의해 단분산 나노입자를 제조하기 어렵기 때문에 산업적 응용에 제약이 있다.
한편, 페로브스카이트 구조를 갖는 강유전체 물질은 ABO3로 표시되며 상온에서 정방정계의 구조를 갖는데 상기 구성원소의 몰비(즉, 조성)를 변화시키거나 A원자를 다른 원자로 치환할 경우 정방정계의 스트레인(strain)이 더욱 커지게 되며, 이로 인해 물질의 유전율이 증가하고 소결온도가 떨어지게 된다. 이러한 현상을 MLCC에 적용하여 제조 공정온도를 낮추고 제조한 유전체의 정전용량을 높이는데 이용하기 위해서는 강유전체 물질의 조성을 설계한 대로 정확하게 조절할 수 있어야 한다.
그런데, 종래의 강유전체 나노분말의 합성법에 의하면, 조성 조절시 양이온의 손실이 발생하고 소결 거동이 화학량론에 따라 불안정한 형태를 나타내는 경우가 많았다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 페로브스카이트 구조의 산화물 나노분말의 응집이 적고 입도 분포가 좁으며 동시에 구성원소의 조정을 정확하게 조절할 수 있어, 높은 유전율과 낮은 소결 온도를 확보할 수 있는 페로브스카이트 구조의 산화물 나노분말의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법은, 출발원료물질 수용액을 반응 용기에 주입하는 출발원료물질 수용액 주입단계와, 상기 반응 용기의 내부 온도를 기 설정된 온도까지 점진적으로 상승시키면서 상기 출발원료물질 수용액을 교반시키는 출발원료물질 수용액 교반단계와, 초음파를 이용하여 출발원료물질 알코올용액을 액적 형태로 상기 반응 용기 내에 분무하는 출발원료물질 알코올용액 분무단계와, 상기 출발원료물질 수용액과 상기 출발원료물질 알코올용액을 혼합하고 반응시켜 결정화하는 결정화단계 및 상기 결정화된 물질을 에이징하고 건조하여 상기 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 형성하는 산화물 나노분말 형성단계를 포함하여 구성되고, 상기 출발원료물질 알코올용액 분무단계에서 상기 출발원료물질 알코올용액의 농도를 조절함으로써 상기 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말의 조성비를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법은 출발원료물질 알코올용액을 반응 용기에 주입하는 출발원료물질 알코올용액 주입단계와, 상기 반응 용기의 내부 온도를 기 설정된 온도까지 점진적으로 상승시키면서 상기 출발원료물질 알코올용액을 교반시키는 출발원료물질 알코올용액 교반단계와, 초음파를 이용하여 출발원료물질 수용액을 액적 형태로 상기 반응 용기 내에 분무하는 출발원료물질 수용액 분무단계와, 상기 출발원료물질 알코올용액과 상기 출발원료물질 수용액을 혼합하고 반응시켜 결정화하는 결정화단계 및 상기 결정화된 물질을 에이징하고 건조하여 상기 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 형성하는 산화물 나노분말 형성단계를 포함하여 구성되고, 상기 출발원료물질 수용액 분무단계에서 상기 출발원료물질 수용액의 농도를 조절함으로써 상기 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말의 조성비를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법은 초음파를 이용하여 출발원료물질 수용액과 출발원료물질 알코올용액을 액적 형태로 반응 용기 내에 분무하는 출발원료물질 분무단계와, 상기 출발원료물질 알코올용액과 상기 출발원료물질 수용액을 혼합하고 반응시켜 결정화하는 결정화단계 및 상기 결정화된 물질을 에이징하고 건조하여 상기 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 형성하는 산화물 나노분말 형성단계를 포함하여 구성되고, 상기 출발원료물질 분무단계에서 상기 출발원료물질 알코올용액과 상기 출발원 료물질 수용액 중 적어도 하나의 농도를 조절함으로써 상기 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말의 조성비를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 여러 측면에 있어서 공통적으로, 상기 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말은 화학식 ABO3를 만족시키고, 상기 화학식 ABO3 중 상기 A는 마그네슘(Mg)과 칼슘(Ca)과 스트론튬(Sr)과 바륨(Ba)과 납(Pb)과 란타늄(La) 중 적어도 하나를 포함하는 수산화물이고, 상기 화학식 ABO3 중 상기 B는 산화수 +4의 지르코늄(Zr)과 티나튬 에톡사이드(Ti(OC2H5)4)와 티타늄 이소프로폭사이드(Ti(OCH(CH3)2)4)와 티타늄 부톡사이드(Ti(OC4H9)4) 중 적어도 하나를 포함하는 티타늄 알콕사이드인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 여러 측면에 있어서 공통적으로, 상기 출발원료물질 수용액은 수산화 바륨 팔수화물(Ba(OH)2·8H2O)과 수산화 스트론튬 팔수화물(Sr(OH)2·8H2O) 중 적어도 하나를 물에 녹인 용액인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 여러 측면에 있어서 공통적으로, 상기 기 설정된 온도는 60 ℃ 이상 100 ℃ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 여러 측면에 있어서 공통적으로, 상기 출발원료물질 알코올용액은 티타늄 이소프로폭사이드(Ti(OCH(CH3)2)4)를 이소프로판올(CH2(CH3)2)에 상온에서 희석한 용액인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 페로브스카이트 구조의 산화물 나노분말이 갖는 조성을 조절함으로 높은 유전율과 낮은 소결 온도를 확보할 수 있는 페로브스카이트 구조의 산화물 나노분말 제조방법이 제공되는 효과가 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따르면, 출발원료물질 수용액과 출발원료물질 알코올용액 중 적어도 하나의 농도를 조절해가면서 초음파를 이용하여 출발원료물질 수용액과 출발원료물질 알코올용액을 합성 반응 및 결정화하여 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 제조함으로써, 불순물의 혼입이 없고, 입자간 응집이 최소화된 상태의 50 ㎚의 초미세 산화물 나노입자 분말을 제조할 수 있다.
또한, 초음파를 이용하여 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 제조함으로써, 합성된 분말 입자를 재분산시키는 공정이 불필요하여 재분산에 소요되는 비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 출발원료물질 수용액과 출발원료물질 알코올용액의 조합으로부터 다양한 종류의 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 제조할 수 있을 뿐만 아니라 초음파 분무기를 병렬 연결하여 분무를 통해 연속 공정을 가능함으로써, 입도 분포가 좁은 초미세 티탄산 바륨 분말을 대량으로 생산할 수 있다.
본 발명의 핵심 기술요지는, 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 제조할 때, 출발원료물질 수용액을 반응 용기에 투입하고, 소정 온도를 유지하면서 이를 교반시키고, 초음파를 이용하여 출발원료물질 알코올용액을 액적 형태로 분무하며, 이 때 알코올 용액의 농도를 조절함으로써 양이온의 비율을 조절하고, 출발 원료물질 수용액과 출발원료물질 알코올용액을 혼합 및 반응시켜 결정화 한 후에, 결정화된 물질을 에이징 및 건조하여 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 형성한다는 것이다. 이를 통하여, 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 구성하는 물질의 조성비를 조절할 수 있게 되어, 제조되는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말의 유전 특성 및 소결 특성을 조절할 수 있게 된다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따라 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 제조하는데 적합한 초음파 분무를 이용한 제조장치의 예를 나타낸 도면으로서, 초음파 분무기(1), 출발원료물질 알코올용액 주입구(2), 출발원료물질 알코올용액 액적 배출구(3), 초음파 전원 공급 장치(4), 냉각수 콘덴서(5), 냉각수 주입구(6), 냉각수 배출구(7), 열전대(8), 마그네틱 교반기(9), 반응 용기(10) 및 출발원료물질 수용액(11)을 포함한다. 또한, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법을 나타낸 도면이다.
본 발명의 제1 실시 예에 따라 제조되는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말은 화학식 ABO3를 만족시키고, 화학식 ABO3 중 A는 마그네슘(Mg)과 칼 슘(Ca)과 스트론튬(Sr)과 바륨(Ba)과 납(Pb)과 란타늄(La) 중 적어도 하나를 포함하는 수산화물이고, 화학식 ABO3 중 B는 산화수 +4의 지르코늄(Zr)과 티나튬 에톡사이드(Ti(OC2H5)4)와 티타늄 이소프로폭사이드(Ti(OCH(CH3)2)4)와 티타늄 부톡사이드(Ti(OC4H9)4) 중 적어도 하나를 포함하는 티타늄 알콕사이드인 것이 바람직하다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법은 출발원료물질 수용액 주입단계(S11), 출발원료물질 수용액 교반단계(S12), 출발원료물질 알코올용액 분무단계(S13), 결정화단계(S14) 및 산화물 나노분말 형성단계(S15)를 포함하여 구성된다.
<출발원료물질 수용액 주입단계(S11)>
출발원료물질 수용액 주입단계(S11)에서, 출발원료물질 수용액(11)을 반응 용기(10)에 주입한다. 예를 들어, 출발원료물질 수용액(11)은 수산화바륨 팔수화물(Ba(OH)2·8H2O)과 수산화스트론튬 팔수화물(Sr(OH)2·8H2O) 중 적어도 하나를 물에 녹인 용액일 수 있다.
<출발원료물질 수용액 교반단계(S12)>
출발원료물질 수용액 교반단계(S12)에서, 반응 용기(10)의 내부 온도를 기 설정된 온도까지 점진적으로 상승시키면서 출발원료물질 수용액(11)을 교반시킨다.
이 과정을 구체적인 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
즉, 반응 용기(10)에 마그네틱 교반기(9)를 넣은 후, 도시가 생략된 핫 플레이트(hot plate)를 이용하여 출발원료물질 수용액(11)의 온도를 증가시키고, 이를 교반시킨다. 출발원료물질 수용액(11)의 온도는 60 ℃ 이상 100 ℃ 이하를 유지하도록 조절하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 출발원료물질 수용액(11)의 온도가 80 ℃를 유지하도록 조절하는 것이 효율적이다. 이와 같이 반응 용기(10) 내의 온도(10) 즉, 출발원료물질 수용액(11)의 온도를 기 설정된 온도로 유지하는 과정에서, 열전대(8)를 통해 출발원료물질 수용액(11)의 온도를 측정하고, 냉각수 콘덴서(5)를 통해 출발원료물질 수용액(11)의 손실을 방지한다.
<출발원료물질 알코올용액 분무단계(S13)>
출발원료물질 알코올용액 분무단계(S13)에서, 초음파를 이용하여 출발원료물질 알코올용액을 액적 형태로 반응 용기(10) 내에 분무한다.
이 출발원료물질 알코올용액 분무단계(S13)에서, 출발원료물질 알코올용액의 농도를 조절함으로써 제조되는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말의 조성비를 조절한다.
이 과정을 구체적인 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
즉, 초음파 분무기(1)에서 출발원료물질 알코올용액 주입구(2)를 통해 출발원료물질 알코올용액을 초음파 분무기(1)로 주입한다. 초음파 분무기(1)로 주입된 출발원료물질 알코올용액은 출발원료물질 알코올용액 액적 배출구(3)를 통해 액적 형태로 분무된다. 예를 들어, 출발원료물질 알코올용액은 티타늄 이소프로폭사이드(Ti(OCH(CH3)2)4)를 이소프로판올(CH2(CH3)2)에 상온에서 희석한 용액일 수 있다.
<결정화단계(S14)>
결정화단계(S14)에서, 반응 용기(10) 내에 주입된 출발원료물질 수용액(11)과 액적 형태로 분무되는 출발원료물질 알코올용액을 초음파를 이용하여 혼합한 후에, 이를 반응시켜 결정화한다.
<산화물 나노분말 형성단계(S15)>
산화물 나노분말 형성단계(S15)에서는, 결정화단계(S14)에서 결정화된 물질을 예를 들어, 1 시간 정도 에이징하고 건조함으로써, 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말인 티탄산바륨 나노분말을 형성한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따라 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말의 조정을 조절하여 구상 솔리드 형태로 제조된 티탄산바륨 나노분말의 X선 형광 분석(XRF analysis) 결과를 나타낸 도면으로서, 본 발명의 제1 실시 예에 따라 제조할 경우 티탄산바륨의 화학량론을 조절할 수 있음을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따라 제조된 티탄산바륨 나노분말의 열팽창계수를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따라 제조된 티탄산바륨 나노분말을 펠릿 형태로 제작하여 상온에서부터 1350 ℃까지 분당 5 ℃씩 증가시키며 열팽창계수 측정을 통해 알아본 소결 거동이 나타나 있다. 종래의 합성 방법에 있어서는 양이온의 손실이 발생하고, 소결 거동이 화학량론에 따라 불안정한 형태를 보 였다. 여기서, 화학량론이란 바륨과 티탄의 조성비를 의미한다. 본 발명의 제1 실시 예에 따라 제조된 티탄산바륨 나노분말의 경우 약 860℃에서 소결이 시작되었으며, 화학량론에 따라서도 안정된 소결 거동을 보이는 것을 알 수 있다. 1350 ℃까지 소결했을 때의 최종 상대 밀도 또한 95 - 98 %에 이르는 높은 값을 가졌다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따라 제조된 티탄산바륨 나노분말의 유전 특성을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따라 제조된 티탄산바륨 나노분말을 펠렛 형태의 컴팩트로 형성하여 1150 ℃에서 1 시간 소결하여 유전 특성을 측정할 경우 상온, 1 kHz에서 8600에 이르는 높은 유전 상수를 가지는 나노분말을 제조할 수 있음을 알 수 있었다.
( 실험예 )
0.04 몰의 수산화바륨 팔수화물 (Ba(OH)2·8H2O)을 증류한 22 몰의 증류수에 상온에서 첨가한 후, 이 용액을 출발원료물질 수용액으로 반응 용기에서 핫 플레이트를 이용하여 대략 60 ℃ - 100 ℃ 범위 (바람직하게는 대략 80 ℃)까지 분당 2 ℃의 속도로 증가시키면서 격렬하게 교반하여 용해시킨다.
그리고, 0.0416 몰의 티타늄 이소프로폭사이드(Ti(OCH(CH3)2)4)를 8몰의 이소프로판올(CH2(CH3)2)에 상온에서 희석한 후, 이 용액을 출발원료물질 알코올 용액으 로 초음파 분무기를 이용하여 대략 60 ℃ - 100 ℃를 유지하고 있는 수산화바륨 수용액에 분무하여 합성 반응 및 결정화하고, 에이징, 건조 과정을 통해 티탄산바륨 나노분말을 합성할 수 있음을 알 수 있었다.
이러한 실험예에 따라 제조된 티탄산바륨 나노분말의 열팽창계수와 유전 특성이 도 6과 도 7에 나타나 있다.
도 6을 참조하면, 본 실험예에 따라 제조된 티탄산바륨 나노분말을 프레싱과 저온 등방압 성형기를 통해 지름 1cm 정도의 펠릿으로 가공하여 상온에서부터 1350 ℃까지 분당 5 ℃씩 증가시키며 열팽창계수 측정을 통해 소결 거동을 알아보았다. 본 실험예에 따라 제조된 티탄산바륨 나노분말의 경우, 860 ℃에서 소결이 시작되었으며, 화학량론이 달라져도 2차 상은 형성되지 않았으며, 안정된 소결 거동을 보이는 것을 알 수 있다. 1350 ℃까지 소결했을 때의 최종 상대 밀도 또한 95 - 98 %에 이르는 높은 값을 가졌다.
도 7을 참조하면, 본 실험예에 따라 제조된 티탄산바륨 나노분말을 펠릿 형태의 컴팩트로 가공하여 1150 ℃에서 1시간 소결하여 유전 특성을 측정할 경우 상온, 1 kHz에서 8600에 이르는 높은 유전 상수를 가지는 나노분말을 제조할 수 있었다.
한편, 상술한 본 발명의 제1 실시 예는 출발원료물질 수용액을 소정 온도로 유지시켜 교반하고, 출발원료물질 알코올용액의 농도를 조절하면서 출발원료물질 알코올용액을 초음파 분무기를 통해 액적 형태로 분무하는 방식이다.
제1 실시 예를 변형한 변형된 방식의 예로, 출발원료물질 알코올용액을 소정 온도로 유지시켜 교반하고, 출발원료물질 수용액의 농도를 조절하면서 출발원료물질 수용액을 초음파 분무기를 통해 액적 형태로 분무하는 방식도 가능하다.
또한, 출발원료물질 알코올용액과 출발원료물질 수용액 중 적어도 하나의 농도를 조절하면서 출발원료물질 수용액과 출발원료물질 알코올용액을 초음파 분무기를 통해 액적 형태로 분무하여 합성 반응시켜 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 제조하는 방식도 가능하다.
이들 변형된 방식들에 있어서, 출발원료물질 수용액과 출발원료물질 알코올용액을 초음파 분무기를 통해 액적 형태로 분무할 경우 반응 용기는 대략 60 ℃ -100 ℃ 범위(바람직하게는, 80 ℃)의 온도를 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 초음파 분무기를 병렬 연결하여 분무를 통해 연속 공정이 가능함도 물론이고, 이에 따라 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 대량으로 제조할 수 있음도 물론이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법은 출발원료물질 알코올용액 주입단계(S21)와, 출발원료물질 알코올용액 교반단계(S22)와, 출발원료물질 수용액 분무단계(S23)와, 결정화단계(S14) 및 산화물 나노분말 형성단계(S15)를 포함하여 구성된다.
출발원료물질 알코올용액 주입단계(S21)에서, 출발원료물질 알코올용액을 반 응 용기에 주입한다.
출발원료물질 알코올용액 교반단계(S22)에서, 반응 용기의 내부 온도를 기 설정된 온도까지 점진적으로 상승시키면서 출발원료물질 알코올용액을 교반시킨다.
출발원료물질 수용액 분무단계(S23)에서, 출발원료물질 수용액의 농도를 조절하면서 초음파를 이용하여 출발원료물질 수용액을 액적 형태로 반응 용기 내에 분무한다. 이에 따라, 제조되는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말의 조성비를 조절할 수 있다.
결정화단계(S14)에서, 출발원료물질 알코올용액과 출발원료물질 수용액을 혼합하고 반응시켜 결정화한다.
산화물 나노분말 형성단계(S15)에서는, 결정화단계(S14)에서 결정화된 물질을 에이징하고 건조하여 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 형성한다.
이러한 본 발명의 제2 실시 예는 앞서 상세히 설명한 본 발명의 제1 실시 예와 비교하여 출발원료물질 수용액의 농도를 조절해가면서 출발원료물질 수용액을 초음파를 이용하여 반응 용기 내로 분무한다는 점에 있어서 차이점이 있다. 이 점을 제외하면, 본 발명의 제2 실시 예의 구성은 제1 실시 예의 구성과 동일하다.
도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법은 출발원료물질 분무단계(S31)와, 결정화단계(S14) 및 산화물 나노분말 형성단계(S15)를 포함하여 구성된다.
출발원료물질 분무단계(S31)에서, 출발원료물질 알코올용액과 출발원료물질 수용액 중 적어도 하나의 농도를 조절해가면서 초음파를 이용하여 출발원료물질 수용액과 출발원료물질 알코올용액을 액적 형태로 반응 용기 내에 분무한다. 이에 따라 제조되는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말의 조성비를 조절할 수 있다.
결정화단계(S14)에서, 출발원료물질 알코올용액과 출발원료물질 수용액을 혼합하고 반응시켜 결정화한다.
산화물 나노분말 형성단계(S15)에서는, 결정화단계(S14)에서 결정화된 물질을 에이징하고 건조하여 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 형성한다.
이러한 본 발명의 제3 실시 예는 앞서 상세히 설명한 본 발명의 제1 실시 예와 비교하여 출발원료물질 알코올용액과 출발원료물질 수용액 중 적어도 하나의 농도를 조절해가면서 초음파를 이용하여 출발원료물질 수용액과 출발원료물질 알코올용액을 액적 형태로 반응 용기 내에 분무한다는 점에 있어서 차이점이 있다. 이 점을 제외하면, 본 발명의 제2 실시 예의 구성은 제1 실시 예의 구성과 동일하다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따라 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 제조하는데 적합한 초음파 분무를 이용한 제조장치의 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따라 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말의 조성을 조절하여 제조된 티탄산바륨 나노분말의 X선 형광 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예들에 따라 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말의 조성을 조절하여 제조된 티탄산바륨 나노분말의 열팽창계수를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따라 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말의 조성을 조절하여 제조된 티탄산바륨 나노분말의 유전 특성을 나타낸 도면이다.
***** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *****
1 : 초음파 분무기
2 : 출발원료물질 알코올 용액 주입구
3 : 출발원료물질 알코올 용액 액적 배출구
4 : 초음파 전원 공급 장치
5 : 냉각수 콘덴서
6 : 냉각수 주입구
7 : 냉각수 배출구
8 : 열전대
9 : 마그네틱 교반기
10 : 반응 용기
11 : 출발원료물질 수용액
S11 : 출발원료물질 수용액 주입단계
S12 : 출발원료물질 수용액 교반단계
S13 : 출발원료물질 알코올용액 분무단계
S14 : 결정화단계
S15 : 산화물 나노분말 형성단계
S21 : 출발원료물질 알코올용액 주입단계
S22 : 출발원료물질 알코올용액 교반단계
S23 : 출발원료물질 수용액 분무단계
S31 : 출발원료물질 분무단계

Claims (7)

  1. 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 제조하는 방법으로서,
    출발원료물질 수용액을 반응 용기에 주입하는 출발원료물질 수용액 주입단계;
    상기 반응 용기의 내부 온도를 기 설정된 온도까지 점진적으로 상승시키면서 상기 출발원료물질 수용액을 교반시키는 출발원료물질 수용액 교반단계;
    초음파를 이용하여 출발원료물질 알코올용액을 액적 형태로 상기 반응 용기 내에 분무하는 출발원료물질 알코올용액 분무단계;
    상기 출발원료물질 수용액과 상기 출발원료물질 알코올용액을 혼합하고 반응시켜 결정화하는 결정화단계; 및
    상기 결정화된 물질을 에이징하고 건조하여 상기 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 형성하는 산화물 나노분말 형성단계를 포함하고,
    상기 출발원료물질 알코올용액 분무단계에서 상기 출발원료물질 알코올용액의 농도를 조절함으로써 상기 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말의 조성비를 조절하는 것을 특징으로 하는, 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법.
  2. 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 제조하는 방법으로서,
    출발원료물질 알코올용액을 반응 용기에 주입하는 출발원료물질 알코올용액 주입단계;
    상기 반응 용기의 내부 온도를 기 설정된 온도까지 점진적으로 상승시키면서 상기 출발원료물질 알코올용액을 교반시키는 출발원료물질 알코올용액 교반단계;
    초음파를 이용하여 출발원료물질 수용액을 액적 형태로 상기 반응 용기 내에 분무하는 출발원료물질 수용액 분무단계;
    상기 출발원료물질 알코올용액과 상기 출발원료물질 수용액을 혼합하고 반응시켜 결정화하는 결정화단계; 및
    상기 결정화된 물질을 에이징하고 건조하여 상기 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 형성하는 산화물 나노분말 형성단계를 포함하고,
    상기 출발원료물질 수용액의 농도를 조절함으로써 상기 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말의 조성비를 조절하는 것을 특징으로 하는, 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법.
  3. 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 제조하는 방법으로서,
    초음파를 이용하여 출발원료물질 수용액과 출발원료물질 알코올용액을 액적 형태로 반응 용기 내에 분무하는 출발원료물질 분무단계;
    상기 출발원료물질 알코올용액과 상기 출발원료물질 수용액을 혼합하고 반응시켜 결정화하는 결정화단계; 및
    상기 결정화된 물질을 에이징하고 건조하여 상기 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말을 형성하는 산화물 나노분말 형성단계를 포함하고,
    상기 출발원료물질 분무단계에서 상기 출발원료물질 알코올용액과 상기 출발원료물질 수용액 중 적어도 하나의 농도를 조절함으로써 상기 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말의 조성비를 조절하는 것을 특징으로 하는, 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말은 화학식 ABO3를 만족시키고,
    상기 화학식 ABO3 중 상기 A는 마그네슘(Mg)과 칼슘(Ca)과 스트론튬(Sr)과 바륨(Ba)과 납(Pb)과 란타늄(La) 중 적어도 하나를 포함하는 수산화물이고,
    상기 화학식 ABO3 중 상기 B는 산화수 +4의 지르코늄(Zr)과 티나튬 에톡사이드(Ti(OC2H5)4)와 티타늄 이소프로폭사이드(Ti(OCH(CH3)2)4)와 티타늄 부톡사이드(Ti(OC4H9)4) 중 적어도 하나를 포함하는 티타늄 알콕사이드인 것을 특징으로 하는, 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법.
  5. 제 1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출발원료물질 수용액은 수산화 바륨 팔수화물(Ba(OH)2·8H2O)과 수산화 스트론튬 팔수화물(Sr(OH)2·8H2O) 중 적어도 하나를 물에 녹인 용액인 것을 특징으 로 하는, 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법.
  6. 제 1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기 설정된 온도는 60 ℃ 이상 100 ℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법.
  7. 제 1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출발원료물질 알코올용액은 티타늄 이소프로폭사이드(Ti(OCH(CH3)2)4)를 이소프로판올(CH2(CH3)2)에 상온에서 희석한 용액인 것을 특징으로 하는, 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법.
KR1020090067607A 2009-07-24 2009-07-24 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법 KR20110010182A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090067607A KR20110010182A (ko) 2009-07-24 2009-07-24 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090067607A KR20110010182A (ko) 2009-07-24 2009-07-24 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20110010182A true KR20110010182A (ko) 2011-02-01

Family

ID=43770755

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090067607A KR20110010182A (ko) 2009-07-24 2009-07-24 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20110010182A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101339065B1 (ko) * 2011-06-17 2013-12-09 호서대학교 산학협력단 에어로졸 발생장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101339065B1 (ko) * 2011-06-17 2013-12-09 호서대학교 산학협력단 에어로졸 발생장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100674846B1 (ko) 유전체용 세라믹분말의 제조방법, 및 그 세라믹분말을이용하여 제조된 적층세라믹커패시터
CN100410180C (zh) 粉末的制造方法、该粉末以及使用该粉末的多层陶瓷电容器
KR100497938B1 (ko) 복합산화물 분말의 제조방법 및 복합산화물 분말
KR100753773B1 (ko) 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법
US20040060730A1 (en) Dielectric composite materials and method for preparing
Kolen'ko et al. A novel, controlled, and high-yield solvothermal drying route to nanosized barium titanate powders
US10239792B2 (en) Method of preparing ceramic powders
Lu et al. Nanoscaled BaTiO3 powders with a large surface area synthesized by precipitation from aqueous solutions: Preparation, characterization and sintering
KR101295161B1 (ko) 복합 산화물 분말의 제조방법
JP4743481B2 (ja) チタン含有ペロブスカイト型化合物およびその製造方法
CN105271378A (zh) 一种高四方率的四方相钛酸钡的制备方法
Ahmad et al. Reverse micellar route to nanocrystalline titanates (SrTiO3, Sr2TiO4, and PbTiO3): Structural aspects and dielectric properties
KR101375601B1 (ko) 페로브스카이트형 복합 산화물 분말의 제조방법
JP5932397B2 (ja) ペロブスカイト構造を有するセラミック粉末の製造方法及びこれにより製造されたペロブスカイト構造を有するセラミック粉末
CN105948735B (zh) 一种SrTiO3异质包覆BaTiO3超精细纳米粉体的合成方法
US8715614B2 (en) High-gravity reactive precipitation process for the preparation of barium titanate powders
KR20050121679A (ko) 페로브스카이트 티타늄 함유 복합 산화물 미립자, 그제조방법 및 용도
JP5734741B2 (ja) 結晶性チタン酸塩の製造方法および結晶性チタン酸塩
CN102951902A (zh) 一种拉德列斯登-波普尔同源钙钛矿结构陶瓷粉体及其制备方法
US20100285316A1 (en) Method of Preparing Ceramic Powders
KR101556678B1 (ko) 결정성 티탄산 스트론튬 분말 및 그의 제조 방법
Hwu et al. Characterization of dielectric barium titanate powders prepared by homogeneous precipitation chemical reaction for embedded capacitor applications
KR20150032999A (ko) 복합 페롭스카이트 분말, 그 제조방법 및 이를 포함하는 내부전극용 페이스트 조성물
KR20110010182A (ko) 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노분말 제조방법
CN101269974B (zh) 用于制备织构层状结构的钙钛矿系陶瓷纳米粉体合成方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application