KR20160101458A - Method and device for eliminating a cancer cell and preventing a cancer cell recurrence using piezoelectric element composed of organic ferroelectric material - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유기물 강유전 물질로 구성된 압전소자를 이용한 암세포 제거 및 발생 방지 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for removing and preventing cancer cells using a piezoelectric element composed of an organic ferroelectric material.
보건복지부 자료에 의하면 2007년을 기준으로 암 질환을 앓고 있는 환자 수는 약 49 만명이고, 새롭게 암으로 진단받는 환자도 약 15 만명에 달하며, 환자수는 매년 지속적으로 증가하고 있다.According to the Ministry of Health and Welfare, the number of patients suffering from cancer is about 490,000 as of 2007, and the number of patients newly diagnosed with cancer is about 150,000, and the number of patients is continuously increasing every year.
평균 수명까지 생존 시 남자의 누적암 발생 위험은 32%로 3명당 1명에서 여성의 누적 암 발생위험은 26%로 4명당 1명에서 암이 발생하는 것으로 알려지고 있다.The risk of cumulative cancer development in men by survival to life expectancy is 32%, one in three, and the risk of developing cumulative cancer in women is 26%, which is known to occur in one out of every four people.
대부분의 암은 조기에 발견하지 않으면 완치가 힘들고, 췌장암 등 일부 암은 조기에 발견하더라도 치료 이후의 예후가 좋지 못한 것으로 알려져 있다.Most cancers are difficult to cure without early detection, and some cancers such as pancreatic cancer are known to have poor prognosis after treatment, even if detected early.
암으로 인한 사망을 줄이기 위해서는 정기적인 검진이 가장 중요하고, 암 수술 이후의 재발 등에 대한 정기적인 관리 역시 예방차원의 검진에 못지않게 중요하다.Regular screening is the most important to reduce cancer deaths, and regular care for recurrence after cancer surgery is as important as preventive screening.
세계보건기구에서는 암 발생의 1/3은 예방이 가능하고, 1/3은 조기 진단 및 조기 치료로 완치가 가능하며, 나머지 1/3 암 환자도 적절한 치료를 하면 완화가 가능하다고 하였으며, 일반인의 궁극적인 암 퇴치 방법은 정기검진을 통한 조기 발견과 금연이나 체중조절 등 건강한 생활습관의 실천으로 암 발생을 예방하는 것으로 알려져 있다.In the World Health Organization, one third of cancers can be prevented, one third can be cured by early diagnosis and early treatment, and the remaining one third cancers can be alleviated by appropriate treatment. The ultimate way to combat cancer is known to prevent cancer by early detection through routine screening and by practice of healthy lifestyles such as smoking cessation and weight control.
단, 암환자의 수술 이후 재발에 대한 예측이나 치료의 방향설정을 하는데 아직은 여러 가지 기술적 애로사항들이 쏟아져 나오고 있고, 암의 재발을 발견하기 위한 검진 또는 예측 방법은 아예 존재하지 않거나 몇몇 제시된 방법에 대해서는 임상학적 유효성에 대한 논란이 일고 있다.However, there are still many technical difficulties in predicting recurrence after cancer surgery and setting the direction of treatment, and there is no examination or prediction method to detect recurrence of cancer, There is controversy over the clinical efficacy.
따라서 암의 전이 가능성과 재발암의 종류까지 예측가능하며, 다양한 암 치료법의 결정에 중요한 정보를 제공해주는 순환 종양세포를 센서를 통해 체내 모든 혈액을 대상으로 효율적으로 검출함과 동시에 제거하는 기능을 제공하는 장치 및 방법이 요구되는 실정이다.Therefore, it is possible to efficiently detect and remove the whole blood in the body through the sensor, which can predict the possibility of cancer metastasis and the type of recurrent cancer and provide important information for the determination of various cancer treatment methods. And an apparatus and a method are required.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 유기물 강유전 물질로 구성된 압전소자를 이용한 암세포 제거 및 발생 방지 방법 및 장치를 사용자에게 제공하는데 그 목적이 있다. 한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for preventing and eliminating cancer cells using a piezoelectric device composed of an organic ferroelectric material. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise form disclosed. It can be understood.
상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 암세포 재발 방지에 이용되는 압전소자에 있어서, 상기 압전소자는, 상기 암세포 제거 수술한 객체의 적어도 일부에 위치하고, 인체에서 유도되는 전기신호를 이용하여 진동하며, 상기 진동을 이용하여 상기 제거된 암이 재발하는 것이 방지되고, 상기 압전소자는 무기물 강유전 물질과 금속 및 유기물의 혼합물로 구성될 수 있다.In order to achieve the above-mentioned object, there is provided a piezoelectric element used for preventing the recurrence of a cancer cell, which is related to an example of the present invention, for realizing the above-mentioned object, wherein the piezoelectric element is located at least in a part of the object, The vibration is used to prevent the removed arm from recurring, and the piezoelectric element can be composed of a mixture of an inorganic ferroelectric material and a metal and an organic material.
또한, 상기 무기물 강유전 물질이 산화물 강유전체, 불화물 강유전체, 강유전체 반도체나 이들 무기물의 혼합물 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.In addition, the inorganic ferroelectric material may include at least one of an oxide ferroelectric, a fluoride ferroelectric, a ferroelectric semiconductor, and a mixture of these inorganic materials.
또한, 상기 무기물 강유전 물질이 PZT일 수 있다.In addition, the inorganic ferroelectric material may be PZT.
또한, 상기 유기물이 고분자 강유전체일 수 있다.The organic material may be a polymeric ferroelectric material.
또한, 상기 고분자 강유전체가 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), PVDF를 포함하는 중합체, PVDF를 포함하는 공중합체, PVDF를 포함하는 삼원공중합체, 홀수의 나일론, 시아노중합체 및 이들의 중합체나 공중합체 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.In addition, the polymer ferroelectric may be selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), a polymer containing PVDF, a copolymer containing PVDF, a terpolymer containing PVDF, an odd number of nylons, a cyano polymer, Or the like.
또한, 상기 강유전 물질이 강유전체 트랜지스터 또는 강유전체 메모리의 재료로서 사용될 수 있다.Further, the ferroelectric substance can be used as a material of a ferroelectric transistor or a ferroelectric memory.
또한, 상기 압전소자는, 하기 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트형 금속 산화물을 함유하는 주성분; 제1 부성분으로서의 Mn; 제2 부성분으로서의 Li; 및 제3 부성분으로서의 Bi를 포함하며, 상기 Mn 함량은 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.04 중량부 이상 0.36 중량부 이하이고, Li 함량 α는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.0013 중량부 이상 0.0280 중량부 이하이고, Bi 함량 β는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.042 중량부 이상 0.850 중량부 이하이고, 함량 α 및 β는 0.5 ≤ (α·MB)/(β·ML) ≤ 1 (여기서, ML은 Li의 원자량을 나타내고, MB는 Bi의 원자량을 나타냄)을 만족할 수 있다.The piezoelectric element may further comprise: a main component containing a perovskite-type metal oxide represented by the following general formula (1); Mn as the first subcomponent; Li as the second subcomponent; And Bi as a third subcomponent, wherein the Mn content is 0.04 parts by weight or more and 0.36 parts by weight or less in terms of metal based on 100 parts by weight of the metal oxide, and the Li content? Is 0.0013 wt% 0.0280 parts by weight or less, and the Bi content beta is 0.042 part by weight or more and 0.850 parts by weight or less in terms of metal based on 100 parts by weight of the metal oxide, and the contents a and b are 0.5? (? MB) / 1 (wherein ML represents the atomic weight of Li, and MB represents the atomic weight of Bi).
<화학식 1>≪ Formula 1 >
(Ba1-xCax)a(Ti1-y-zZrySnz)O3 (여기서, x, y, z, 및 a는 0.09 ≤ x ≤ 0.30, 0.025 ≤ y ≤ 0.074, 0 ≤ z ≤ 0.02, 및 0.986 ≤ a ≤ 1.02를 만족함)(Ba1-xCax) a (Ti1-y-zZrSnz) O3 wherein x, y, z and a are 0.09? X? 0.30, 0.025? Y? 0.074, 0? Z? 0.02 and 0.986? A? Lt; / RTI >
또한, Si 및 B 중 하나 이상을 함유하는 제4 부성분을 추가로 포함하며, 여기서 제4 부성분의 함량은 화학식 1로 표시되는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.001 중량부 이상 4.000 중량부 이하일 수 있다.Further, the fourth subcomponent further includes at least one of Si and B, wherein the content of the fourth subcomponent is 0.001 to 4.000 parts by weight, calculated as metal, based on 100 parts by weight of the metal oxide represented by the general formula .
또한, α 및 β가 0.19 < 2.15α + 1.11β < 1을 만족할 수 있다.Further,? And? Can satisfy 0.19 < 2.15? + 1.11? <1.
또한, 화학식 1에서 x, y, 및 z가 y + z ≤ (11x/14) - 0.037을 만족할 수 있다.In the formula (1), x, y, and z may satisfy y + z? (11x / 14) - 0.037.
또한, -60℃ 이상 100℃ 이하의 온도 범위에서 상 전이가 일어나지 않을 수 있다.In addition, phase transition may not occur in a temperature range of -60 캜 to 100 캜.
한편, 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 다른 일예와 관련된 암세포 발생 억제에 이용되는 압전소자에 있어서, 상기 압전소자는, 상기 암세포가 발생한 객체의 적어도 일부에 위치하고, 인체에서 유도되는 전기신호를 이용하여 진동하며, 상기 압전소자의 진동을 이용하여 상기 암세포의 발생이 억제되며, 상기 압전소자는 무기물 강유전 물질과 금속 및 유기물의 혼합물로 구성될 수 있다.On the other hand, in the piezoelectric element used for suppressing the cancer cell generation according to another embodiment of the present invention for realizing the above-described problems, the piezoelectric element is disposed at least in a part of the object where the cancer cells are generated, And the generation of the cancer cells is suppressed by using the vibration of the piezoelectric element, and the piezoelectric element can be composed of a mixture of an inorganic ferroelectric substance and a metal and an organic substance.
또한, 상기 무기물 강유전 물질이 산화물 강유전체, 불화물 강유전체, 강유전체 반도체나 이들 무기물의 혼합물 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.In addition, the inorganic ferroelectric material may include at least one of an oxide ferroelectric, a fluoride ferroelectric, a ferroelectric semiconductor, and a mixture of these inorganic materials.
또한, 상기 무기물 강유전 물질이 PZT일 수 있다.In addition, the inorganic ferroelectric material may be PZT.
또한, 상기 유기물이 고분자 강유전체일 수 있다.The organic material may be a polymeric ferroelectric material.
또한, 상기 고분자 강유전체가 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), PVDF를 포함하는 중합체, PVDF를 포함하는 공중합체, PVDF를 포함하는 삼원공중합체, 홀수의 나일론, 시아노중합체 및 이들의 중합체나 공중합체 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.In addition, the polymer ferroelectric may be selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), a polymer containing PVDF, a copolymer containing PVDF, a terpolymer containing PVDF, an odd number of nylons, a cyano polymer, Or the like.
또한, 상기 강유전 물질이 강유전체 트랜지스터 또는 강유전체 메모리의 재료로서 사용될 수 있다.Further, the ferroelectric substance can be used as a material of a ferroelectric transistor or a ferroelectric memory.
또한, 상기 압전소자는, 하기 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트형 금속 산화물을 함유하는 주성분; 제1 부성분으로서의 Mn; 제2 부성분으로서의 Li; 및 제3 부성분으로서의 Bi를 포함하며, 상기 Mn 함량은 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.04 중량부 이상 0.36 중량부 이하이고, Li 함량 α는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.0013 중량부 이상 0.0280 중량부 이하이고, Bi 함량 β는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.042 중량부 이상 0.850 중량부 이하이고, 함량 α 및 β는 0.5 ≤ (α·MB)/(β·ML) ≤ 1 (여기서, ML은 Li의 원자량을 나타내고, MB는 Bi의 원자량을 나타냄)을 만족할 수 있다.The piezoelectric element may further comprise: a main component containing a perovskite-type metal oxide represented by the following general formula (1); Mn as the first subcomponent; Li as the second subcomponent; And Bi as a third subcomponent, wherein the Mn content is 0.04 parts by weight or more and 0.36 parts by weight or less in terms of metal based on 100 parts by weight of the metal oxide, and the Li content? Is 0.0013 wt% 0.0280 parts by weight or less, and the Bi content beta is 0.042 part by weight or more and 0.850 parts by weight or less in terms of metal based on 100 parts by weight of the metal oxide, and the contents a and b are 0.5? (? MB) / 1 (wherein ML represents the atomic weight of Li, and MB represents the atomic weight of Bi).
<화학식 1>≪ Formula 1 >
(Ba1-xCax)a(Ti1-y-zZrySnz)O3 (여기서, x, y, z, 및 a는 0.09 ≤ x ≤ 0.30, 0.025 ≤ y ≤ 0.074, 0 ≤ z ≤ 0.02, 및 0.986 ≤ a ≤ 1.02를 만족함)(Ba1-xCax) a (Ti1-y-zZrSnz) O3 wherein x, y, z and a are 0.09? X? 0.30, 0.025? Y? 0.074, 0? Z? 0.02 and 0.986? A? Lt; / RTI >
또한, Si 및 B 중 하나 이상을 함유하는 제4 부성분을 추가로 포함하며, 여기서 제4 부성분의 함량은 화학식 1로 표시되는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.001 중량부 이상 4.000 중량부 이하일 수 있다.Further, the fourth subcomponent further includes at least one of Si and B, wherein the content of the fourth subcomponent is 0.001 to 4.000 parts by weight, calculated as metal, based on 100 parts by weight of the metal oxide represented by the general formula .
또한, α 및 β가 0.19 < 2.15α + 1.11β < 1을 만족할 수 있다.Further,? And? Can satisfy 0.19 < 2.15? + 1.11? <1.
또한, 화학식 1에서 x, y, 및 z가 y + z ≤ (11x/14) - 0.037을 만족할 수 있다.In the formula (1), x, y, and z may satisfy y + z? (11x / 14) - 0.037.
또한, -60℃ 이상 100℃ 이하의 온도 범위에서 상 전이가 일어나지 않을 수 있다.In addition, phase transition may not occur in a temperature range of -60 캜 to 100 캜.
한편, 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 또 다른 일예와 관련된 압전소자를 이용한 암세포 재발 방지 방법는, 암세포 제거 수술한 객체의 적어도 일부에 압전소자를 위치시키는 단계; 인체에서 유도되는 전기신호를 이용하여 상기 압전소자가 진동하는 단계; 및 상기 압전소자의 진동을 이용하여 상기 제거된 암이 재발하는 것을 방지하는 단계;를 포함하되, 상기 압전소자는 무기물 강유전 물질과 금속 및 유기물의 혼합물로 구성될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for preventing cancer cell recurrence using a piezoelectric element, the method comprising: positioning a piezoelectric element on at least a part of an object for cancer cell removal surgery; Oscillating the piezoelectric element using an electrical signal derived from a human body; And preventing the removed arm from recurring by using the vibration of the piezoelectric element, wherein the piezoelectric element can be composed of a mixture of an inorganic ferroelectric material and a metal and an organic material.
또한, 상기 압전소자는, 하기 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트형 금속 산화물을 함유하는 주성분; 제1 부성분으로서의 Mn; 제2 부성분으로서의 Li; 및 제3 부성분으로서의 Bi를 포함하며, 상기 Mn 함량은 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.04 중량부 이상 0.36 중량부 이하이고, Li 함량 α는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.0013 중량부 이상 0.0280 중량부 이하이고, Bi 함량 β는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.042 중량부 이상 0.850 중량부 이하이고, 함량 α 및 β는 0.5 ≤ (α·MB)/(β·ML) ≤ 1 (여기서, ML은 Li의 원자량을 나타내고, MB는 Bi의 원자량을 나타냄)을 만족할 수 있다.The piezoelectric element may further comprise: a main component containing a perovskite-type metal oxide represented by the following general formula (1); Mn as the first subcomponent; Li as the second subcomponent; And Bi as a third subcomponent, wherein the Mn content is 0.04 parts by weight or more and 0.36 parts by weight or less in terms of metal based on 100 parts by weight of the metal oxide, and the Li content? Is 0.0013 wt% 0.0280 parts by weight or less, and the Bi content beta is 0.042 part by weight or more and 0.850 parts by weight or less in terms of metal based on 100 parts by weight of the metal oxide, and the contents a and b are 0.5? (? MB) / 1 (wherein ML represents the atomic weight of Li, and MB represents the atomic weight of Bi).
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(Ba1-xCax)a(Ti1-y-zZrySnz)O3 (여기서, x, y, z, 및 a는 0.09 ≤ x ≤ 0.30, 0.025 ≤ y ≤ 0.074, 0 ≤ z ≤ 0.02, 및 0.986 ≤ a ≤ 1.02를 만족함)(Ba1-xCax) a (Ti1-y-zZrSnz) O3 wherein x, y, z and a are 0.09? X? 0.30, 0.025? Y? 0.074, 0? Z? 0.02 and 0.986? A? Lt; / RTI >
한편, 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 또 다른 일예와 관련된 압전소자를 이용한 암세포 억제 방법는, 암세포가 발생한 객체의 적어도 일부에 제 1 압전소자를 위치시키는 단계; 인체에서 유도되는 전기신호를 이용하여 상기 제 1 압전소자가 진동하는 단계; 및 상기 제 1 압전소자의 진동을 이용하여 발생한 암이 커지는 것을 방지하는 단계;를 포함하되, 상기 압전소자는 무기물 강유전 물질과 금속 및 유기물의 혼합물로 구성될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of inhibiting cancer cells using a piezoelectric element, the method comprising: positioning a first piezoelectric element on at least a part of an object where cancer cells are generated; Oscillating the first piezoelectric element using an electrical signal derived from a human body; And preventing an arm generated by using the vibration of the first piezoelectric element from being enlarged, wherein the piezoelectric element can be composed of a mixture of an inorganic ferroelectric material and a metal and an organic material.
또한, 상기 암세포를 수술로 제거하는 단계; 상기 암 제거 수술 이후에 제 2 압전소자를 상기 객체의 적어도 일부에 위치시키는 단계; 상기 인체에서 유도되는 전기신호를 이용하여 상기 제 2 압전소자가 진동하는 단계; 및 상기 제 2 압전소자의 진동을 이용하여 상기 제거된 암세포가 재발하는 것을 방지하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The method may further comprise: surgically removing the cancer cells; Positioning the second piezoelectric element on at least a portion of the object after the cancer removal operation; Oscillating the second piezoelectric element using an electrical signal derived from the human body; And preventing the removed cancer cells from recurring by using the vibration of the second piezoelectric element.
또한, 상기 압전소자는, 하기 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트형 금속 산화물을 함유하는 주성분; 제1 부성분으로서의 Mn; 제2 부성분으로서의 Li; 및 제3 부성분으로서의 Bi를 포함하며, 상기 Mn 함량은 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.04 중량부 이상 0.36 중량부 이하이고, Li 함량 α는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.0013 중량부 이상 0.0280 중량부 이하이고, Bi 함량 β는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.042 중량부 이상 0.850 중량부 이하이고, 함량 α 및 β는 0.5 ≤ (α·MB)/(β·ML) ≤ 1 (여기서, ML은 Li의 원자량을 나타내고, MB는 Bi의 원자량을 나타냄)을 만족할 수 있다.The piezoelectric element may further comprise: a main component containing a perovskite-type metal oxide represented by the following general formula (1); Mn as the first subcomponent; Li as the second subcomponent; And Bi as a third subcomponent, wherein the Mn content is 0.04 parts by weight or more and 0.36 parts by weight or less in terms of metal based on 100 parts by weight of the metal oxide, and the Li content? Is 0.0013 wt% 0.0280 parts by weight or less, and the Bi content beta is 0.042 part by weight or more and 0.850 parts by weight or less in terms of metal based on 100 parts by weight of the metal oxide, and the contents a and b are 0.5? (? MB) / 1 (wherein ML represents the atomic weight of Li, and MB represents the atomic weight of Bi).
<화학식 1>≪ Formula 1 >
(Ba1-xCax)a(Ti1-y-zZrySnz)O3 (여기서, x, y, z, 및 a는 0.09 ≤ x ≤ 0.30, 0.025 ≤ y ≤ 0.074, 0 ≤ z ≤ 0.02, 및 0.986 ≤ a ≤ 1.02를 만족함)(Ba1-xCax) a (Ti1-y-zZrSnz) O3 wherein x, y, z and a are 0.09? X? 0.30, 0.025? Y? 0.074, 0? Z? 0.02 and 0.986? A? Lt; / RTI >
본 발명은 유기물 강유전 물질로 구성된 압전소자를 이용한 암세포 제거 및 발생 방지 방법 및 장치를 사용자에게 제공할 수 있다. 한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The present invention can provide a method and an apparatus for preventing and eliminating cancer cells using a piezoelectric device composed of an organic ferroelectric material. It should be understood, however, that the effects obtained by the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned may be clearly understood by those skilled in the art to which the present invention belongs It will be possible.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1a 및 도1b는 본 발명과 관련된 순환종양세포의 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명과 관련된 CTC의 표면에 많이 발현된 EpCAM 막 단백질과 그와 선택적으로 결합하는 Anti-EpCAM 단백질과의 항원 항체 반응의 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시양태에 따른 압전 소자의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 4a 및 4b는 각각 본 발명의 실시양태에 따른 적층 압전 소자의 구성을 나타내는 단면 개략도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명이 제안하는 암 제거 수술을 한 후, 암이 다시 발생하는 것을 압전소자를 이용하여 방지하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명이 제안하는 암이 커지는 것을 방지하고, 암 제거 수술을 한 후에 암이 다시 발생하는 것을 압전소자를 이용하여 방지하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7a 내지 도 13은 본 발명에 따른 강유전 물질의 전압에 따른 용량 특성과 관련된 특성 그래프의 일례를 도시한 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description, serve to further the understanding of the technical idea of the invention, It should not be construed as limited.
1A and 1B show a specific example of a circulating tumor cell associated with the present invention.
2 shows a specific example of an antigen-antibody reaction between an EpCAM membrane protein that is highly expressed on the surface of CTC related to the present invention and an anti-EpCAM protein that selectively binds thereto.
3 is a schematic view showing a configuration of a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention.
4A and 4B are cross-sectional schematic views showing the structure of a laminated piezoelectric element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart for explaining a method of preventing occurrence of cancer again using a piezoelectric element after the cancer removal surgery proposed by the present invention.
FIG. 6 is a flowchart for explaining a method of preventing cancer from being enlarged proposed by the present invention, and preventing occurrence of cancer again after the cancer removal operation is performed using a piezoelectric element.
FIGS. 7A to 13 illustrate an example of a characteristic graph related to a capacitance characteristic according to a voltage of a ferroelectric substance according to the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.The same reference numerals are used for portions having similar functions and functions throughout the drawings. Throughout the specification, when a part is connected to another part, it includes not only a case where it is directly connected but also a case where the other part is indirectly connected with another part in between. In addition, the inclusion of an element does not exclude other elements, but may include other elements, unless specifically stated otherwise.
항암화학요법이나 방사선 치료 중 혹은 치료 이후, 수술 이후 주치의나 병원에 따라 다소의 타이는 있지만 일반적으로 수술 이후 첫 3년은 3~6개월마다 3~5년은 6개월 마다 그리고 수술 이후 5년이 지나면 매년 외래 방문을 통하여 불편한 증상이 없는지 모고 진찰, 검사 등을 하게 된다, 검사의 종류도 주치의나 병원에 따라 다소의 차이가 있는데, 대개 일반 혈액 검사, 간기능 검사, 종양표지자 검사 등의 혈액 검사와 단순 흉부 방사선 검사, 복부 전산화 단층촬영 등의 영상 검사 등을 시행하게 되는데 일반 혈액 검사는 빈혈 유무와 정보를 볼 수 있으므로, 수술 이후 영양 섭취를 잘 하고 있는지의 지표가 될 수 있다. 또한, 백혈구 개수, 혈소판 개수를 알 수 있어 함암제 치료시 항암제의 부작용에 따른 백혈구 감소 정도를 판단할 수 있고, 열이 날 때 염증 여부와 그 정도를 아는데도 도움을 준다.During chemotherapy, radiotherapy, or after treatment, and after surgery, there are some ties depending on the primary care physician or hospital, but generally the first three years after surgery are 3 to 6 months every 3 to 5 years every 6 months and 5 years after surgery In addition, there are some differences in the types of tests depending on the primary care physician or hospital. Usually blood tests such as general blood tests, liver function tests, tumor marker tests, etc. And simple chest radiography and abdominal computed tomography. The general blood test can be used as an indicator of whether or not you are getting good nutrition after surgery because you can see the presence of anemia and information. In addition, the number of leukocytes and the platelet count can be known, and it is possible to determine the degree of leukocyte reduction due to side effects of anticancer drugs and to know the degree and degree of inflammation when fever occurs.
간 기능 검사는 약물 치료에 따른 간 독성 여부 및 정도를 판단할 수 있고, 수술 이후 알부민 수치 등의 변화 등을 보아 간접적으로 영양 상태를 평가하는데 도움을 주는데 이러한 검사들은 동양에 대한 적극적인 검사라기 보다는 간접적을 몸 상태를 확인함으로써 건강상태에 대한 전반적인 평가는 가능하나 암에 대한 특이적인 반응에 대한 검사가 아니라는 점에서는 한계점이라 할 수 있다.Hepatic function tests can be used to assess hepatotoxicity and degree of hepatotoxicity following drug therapy and indirectly to assess nutritional status through changes in albumin levels after surgery. These tests are more effective than indirect tests , It is possible to evaluate overall health status by checking the body condition, but it is a limitation point in that it is not an examination for a specific reaction to cancer.
종양에 대한 직접 적인 몇몇 검사들은 다음과 같다.Some direct tests for tumors are as follows.
종양표지자 검사는 암이 재발하면 암태아항원(CEA), CA19-9, 등의 종양표지자가 혈액검사에서 올라갈 수 있다는 것에 착안한 방법이다.Tumor marker testing is a method that focuses on tumor markers such as cancerous fetal antigen (CEA), CA19-9, and the like that can be elevated in blood tests when cancer recurs.
다른 변에 의해서 올라가거나 흡연에 의해 영향 받는 경우도 있으므로, 이상이 있는 경우 모두 재발을 의미하지는 않으며, 다른 검사 소견과 함께 해석을 해야 하는 단점도 있다.There are some cases where it is affected by the ascending by other sides or by smoking, and if there is an abnormality, it does not mean recurrence.
단순 흉부방사선 검사의 경우, 폐 전이 여부를 알기 위해 시행하는 검사이고, 이 검사에서 이상 소견이 보이면 폐 전산화단층촬영(CT)를 시행하고, 일만적으로 경피침생검 조직검사로 확진을 하게 된다.In the case of simple chest X - ray examination, it is performed to find out whether lung metastasis is present. If abnormal findings are seen, CT scan is done and percutaneous needle aspiration biopsy is done.
복부 전산화 단층촬영(복부 CT)는 수술한 부위의 국소 재발 여부, 간, 복막 재발 여부를 보기 위한 검사로 재발 진단에 가장 큰 역할을 하고 있으나 이들 검사법들은 재발암이 상당히 진행된 뒤에야 검출과 함께 확진이 가능한 점에서 근본적인 문제점이 있어 왔다.Abdominal computed tomography (abdominal CT) is the most important diagnostic tool for the recurrence of localized recurrence, liver, and peritoneal recurrence. However, There has been a fundamental problem as far as possible.
또한, 다양한 암세포에 대한 검사에 있어서도 적은양의 조직일수록 오진이나 검출이 안되는 문제도 있었다.In addition, in the examination of various cancer cells, there was also a problem that a small amount of tissue was not detected or detected.
더구나 조직 상태에서의 검사를 완벽하게 할 수 있는 기술이 아직 미비한바 세포 단위로 암을 검사하는 것은 불과 몇 년 전만해도 꿈에서나 가능한 일들로 치부되어 왔으나 최근 순환종양 세포의 존재가 밝혀지면서 암세포의 전이는 암 종양에서 떨어져 나와 혈액이나 골수 등과 같은 순환기 시스템을 타고 이동하는 순환종양세포(Circulating Tumour Cell, CTC)가 주요 원인이라는 연구 결과가 보고되어 있다.In addition, the ability to perform complete tissue-state testing has yet to be tested. However, testing of cancer cells on a cell-by-cell basis has been deemed to be possible only a few years ago, but in recent years the presence of circulating tumor cells has led to cancer cell metastasis Has been reported to be a major cause of circulating tumor cells (CTC) that move away from cancerous tumors and travel in circulatory systems such as blood or bone marrow.
도 1a 및 도1b는 본 발명과 관련된 순환종양세포의 구체적인 일례를 도시한 것이다.1A and 1B show a specific example of a circulating tumor cell associated with the present invention.
도 1a 및 도1b를 참조하면, 순환종양세포가 증식하는 과정 및 혈액 내에서 이동하는 과정 등이 구체적으로 도시되어 있다.Referring to FIGS. 1A and 1B, a process of proliferating circulating tumor cells and a process of moving in blood are specifically shown.
이하에서는, 설명의 편의를 위해, 순환종양세포(Circulating Tumour Cell, CTC)를 CTC라고 호칭한다.Hereinafter, for convenience of explanation, a circulating tumor cell (CTC) is referred to as CTC.
근래에 들어 암의 전이 진단방법으로 혈액 내에 있는 순환종양세포(Circulating Tumour Cell, CTC)를 검출하는 방법이 제안되었다.Recently, a method for detecting circulating tumor cells (CTC) in blood has been proposed as a cancer metastasis diagnosis method.
이 방법은 CTC의 표면에 많이 발현된 EpCAM 막 단백질과 그와 선택적으로 결합하는 Anti-EpCAM 단백질과의 항원 항체 반응을 이용하는 것으로써 기존의 CFNA 검출법보다 분석 과정이 간단하기 때문에 분석 시간이 길지 않다는 장점을 갖는다.This method utilizes the antigen-antibody reaction between the EpCAM membrane protein, which is highly expressed on the surface of CTC, and the anti-EpCAM protein, which selectively binds thereto, so that the analysis time is not long Respectively.
도 2는 본 발명과 관련된 CTC의 표면에 많이 발현된 EpCAM 막 단백질과 그와 선택적으로 결합하는 Anti-EpCAM 단백질과의 항원 항체 반응의 구체적인 일례를 도시한 것이다.2 shows a specific example of an antigen-antibody reaction between an EpCAM membrane protein that is highly expressed on the surface of CTC related to the present invention and an anti-EpCAM protein that selectively binds thereto.
그러나 CTC에는 여러 종류의 CTC가 존재하고, 각 CTC 종류에 따라 암이 존재하는 장기를 파악할 수 있기 때문에 CTC의 선택적 분리는 이후 분석을 위해 필수적인 과정이지만, 현재 많은 수의 CTC 검출 기술에서 분리 과정이 포함되어 있지 않고 단순히 CTC 의 정량적 측정만 가능하며, 분리가 이루어지고 있다고 하더라도 ME 혈액 약 1.5L에 순환종양세포가 3~6개 정도 존재하는바 이들의 검출방법이 향후 연구의 핵심 내용으로 급부상하고 있다.However, selective CTC separation is an essential process for subsequent analysis, since CTCs have different types of CTCs and different types of CTCs can identify the organs in which the cancer is present. And only CTC quantitative measurement is possible. Even if separation is performed, there are about 3 to 6 circulating tumor cells in about 1.5 L of ME blood, and these detection methods are rapidly emerging as the core contents of future studies have.
대표적으로 2008년 미국의 MIT 공대에서 CTC 검출 칩을 개발한 바 있고, Yu 등은 biosensor array를 통해 CTC의 검출을 시도한 바 있다.In 2008, the CTC detection chip was developed at MIT in the US, and Yu et al. Attempted to detect CTC through a biosensor array.
또한, 같은 해 Kiran 등은 금나노 입자와 광섬유를 적용하고자 하였으나 이는 이미 알려져 있는 종류별 다량의 암세포들마다 광음향이 다름이 밝혀져 있으며 이를 이용하여 분리해보고자 하는 시도였었다.In the same year, Kiran et al. Attempted to apply gold nanoparticles and optical fibers. However, it has been found that the photoacoustics are different for each of a large number of known cancer cells.
이들 방법의 대부분은 혈액을 일정량 채취하여 그 혈액으로부터 CTC의 검출을 시도한 바 이는 앞서 설명한 대로 아주 적은 양의 혈중 CTC를 검출하기에는 무리가 있어 왔다. Most of these methods have attempted to detect CTC from the blood by collecting a certain amount of blood, which is insufficient to detect a very small amount of blood CTC as described above.
따라서 본 발명에서는 CTC를 빠르고 쉽게 분리, 검지하는데 결정적인 역할을 할 압전소자를 이용한 암세포 제거 및 발생 방지 방법 및 장치를 제안하고자 한다.Accordingly, the present invention proposes a method and apparatus for removing and preventing cancer cells using a piezoelectric element, which plays a crucial role in quickly and easily separating and detecting CTC.
본 발명의 구체적인 설명에 앞서, 본 발명에 적용될 수 있는 압전소자에 대해 구체적으로 설명한다.Prior to detailed description of the present invention, a piezoelectric device applicable to the present invention will be described in detail.
본 발명은, 고밀도 및 높은 기계적 품질 계수를 갖고, 작동 온도 범위 내에서 상 전이가 일어나지 않으며, 우수한 압전성 및 절연성을 갖는, (Ba,Ca)(Ti,Zr,Sn)O3을 주성분으로서 함유하는 납-무함유 압전 재료를 제공한다.The present invention relates to a lead-containing composition containing (Ba, Ca) (Ti, Zr, Sn) O3 as a main component, which has high density and high mechanical quality coefficient and does not undergo phase transition within an operating temperature range, -Free piezoelectric material.
본 발명의 실시양태에 따른 이러한 압전 재료는 유전체 특징을 갖고, 따라서 메모리 및 센서 등의 다양한 용도에 사용될 수 있다.These piezoelectric materials according to embodiments of the present invention have dielectric properties and can therefore be used in a variety of applications such as memory and sensors.
본 발명의 실시양태에 따른 압전 재료는, 하기 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트형 금속 산화물을 함유하는 주성분; 제1 부성분으로서의 Mn; 제2 부성분으로서의 Li; 및 제3 부성분으로서의 Bi를 포함하며, 여기서 Mn 함량은 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.04 중량부 이상 0.36 중량부 이하이고, Li 함량 α는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.0013 중량부 이상 0.0280 중량부 이하이고, Bi 함량 β는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.042 중량부 이상 0.850 중량부 이하이고, 함량 α 및 β는 0.5 ≤ (α·MB)/(β·ML) ≤ 1 (여기서, ML은 Li의 원자량을 나타내고, MB는 Bi의 원자량을 나타냄)을 만족한다.A piezoelectric material according to an embodiment of the present invention comprises: a main component containing a perovskite-type metal oxide represented by the following general formula (1); Mn as the first subcomponent; Li as the second subcomponent; And Bi as the third subcomponent, wherein the Mn content is 0.04 parts by weight or more and 0.36 parts by weight or less in terms of metal based on 100 parts by weight of the metal oxide, and the Li content? Is 0.0013 wt% 0.0280 parts by weight or less, and the Bi content beta is 0.042 part by weight or more and 0.850 parts by weight or less in terms of metal based on 100 parts by weight of the metal oxide, and the contents a and b are 0.5? (? MB) / 1, wherein ML represents the atomic weight of Li, and MB represents the atomic weight of Bi.
<화학식 1>≪ Formula 1 >
(Ba1-xCax)a(Ti1-y-zZrySnz)O3 (Ba1-xCax) a (Ti1-y-zZrSnz) O3
(여기서, x, y, z, 및 a는 0.09 ≤ x ≤ 0.30, 0.025 ≤ y ≤ 0.074, 0 ≤ z ≤ 0.02, 및 0.986 ≤ a ≤ 1.02를 만족함) (Where x, y, z, and a satisfy 0.09? X? 0.30, 0.025? Y? 0.074, 0? Z? 0.02, and 0.986? A? 1.02)
화학식 1로 표현되는 페로브스카이트형 금속 산화물은 압전 재료 내에 주성분으로서 함유된다.The perovskite-type metal oxide represented by the general formula (1) is contained as a main component in the piezoelectric material.
본원에서 사용되는 용어 "페로브스카이트형 금속 산화물"은, 문헌 [Iwanami Dictionary of Physics and Chemistry (published by Iwanami Shoten, Publishers., February 20, 1998)]의 제5판에 기재된 바와 같은 페로브스카이트형 구조 (또한, 페로브스카이트 구조라고 언급됨)를 갖는 금속 산화물을 나타낸다. 일반적으로, 페로브스카이트형 구조를 갖는 금속 산화물은 화학식 ABO3로 표시된다. 페로브스카이트형 금속 산화물에서, 원소 A 및 B는 이온으로서 존재하고, 단위 격자의 특정 자리 (A-자리 및 B-자리)를 점유한다. 예를 들어, 입방체 단위 격자의 경우, 원소 A는 입방체의 정점에 위치하고, 원소 B는 입방체의 체심에 위치한다. 산소 음이온으로서 존재하는 원소 O는 입방체의 면심을 점유한다. 위 설명에 있어서, "화학식 1로 표현되는 페로브스카이트형 금속 산화물은 주성분으로서 함유된다"는 것은, 압전 특성을 표현하기 위한 주성분이 화학식 1로 표현되는 페로브스카이트형 금속 산화물임을 의미한다. 예를 들어, 압전 재료는, 전술한 망간, 또는 제조 동안 도입되는 불순물 등의, 압전 재료의 특성을 조절하기 위한 성분을 함유할 수 있다.The term "perovskite-type metal oxide" as used herein refers to perovskite-type metal oxides as described in the fifth edition of Iwanami Dictionary of Physics and Chemistry (published by Iwanami Shoten, Publishers., February 20, 1998) Structure (also referred to as a perovskite structure). In general, metal oxides having a perovskite type structure are represented by the formula ABO3. In the perovskite-type metal oxide, the elements A and B exist as ions and occupy specific positions (A-position and B-position) of the unit lattice. For example, in the case of a cubic unit lattice, the element A is located at the vertex of the cube, and the element B is located at the body center of the cube. The element O present as an oxygen anion occupies the face of the cube. In the above description, "the perovskite-type metal oxide represented by the formula (1) is contained as the main component" means that the main component for expressing the piezoelectric property is the perovskite-type metal oxide represented by the formula (1). For example, the piezoelectric material may contain a component for controlling the characteristics of the piezoelectric material, such as the manganese described above, or an impurity introduced during manufacture.
본 발명의 실시양태에 따른 압전 재료는 절연성의 관점에서 페로브스카이트형 금속 산화물을 주요 상으로서 함유한다. 페로브스카이트형 금속 산화물이 주요 상을 구성하는지의 여부는, 예를 들어, 페로브스카이트형 금속 산화물로부터 유래된 최대 회절 강도가 불순물 상으로부터 유래된 최대 회절 강도의 100배 이상인지의 여부에 대한 X-선 회절측정법에 의한 압전 재료의 측정에 기초하여 결정될 수 있다. 이러한 압전 재료가 페로브스카이트형 금속 산화물 단독으로 구성된 경우, 이는 최대 절연성을 갖는다. 용어 "주요 상"은, 압전 재료를 분말 X-선 회절측정법에 의해 측정하고, 최고 회절 강도를 갖는 피크가 페로브스카이트형 구조로부터 유래된다는 것을 의미한다. 압전 재료는 "단일 상" 구조를 가질 수 있고, 즉 압전 재료는 실질적으로 전적으로 페로브스카이트형 결정으로 구성될 수 있다.The piezoelectric material according to the embodiment of the present invention contains a perovskite-type metal oxide as a main phase from the standpoint of insulation. Whether or not the perovskite-type metal oxide constitutes the main phase can be determined, for example, as to whether or not the maximum diffraction intensity derived from the perovskite-type metal oxide is 100 times or more the maximum diffraction intensity derived from the impurity phase Can be determined based on the measurement of the piezoelectric material by X-ray diffraction measurement. When such a piezoelectric material is composed of a perovskite-type metal oxide alone, it has maximum insulation. The term "main phase" means that the piezoelectric material is measured by powder X-ray diffractometry and the peak with the highest diffraction intensity is derived from the perovskite type structure. The piezoelectric material may have a "single phase" structure, i.e., the piezoelectric material may be substantially entirely composed of perovskite type crystals.
화학식 1로 표시되는 금속 산화물에서, A-자리에 위치하는 금속 원소는 Ba 및 Ca이고, B-자리에 위치하는 금속원소는 Ti, Zr, 및 Sn이다. 일부 Ba 및 Ca 이온은 B-자리에 위치할 수 있다. 유사하게, 일부 Ti 및 Zr 이온은 A-자리에 위치할 수 있다. Sn 이온이 A-자리에 위치하는 경우에는, 압전성이 열화될 수 있다.In the metal oxide represented by the general formula (1), the metal element located at the A-position is Ba and Ca, and the metal element located at the B-position is Ti, Zr, and Sn. Some Ba and Ca ions may be located in the B-site. Similarly, some Ti and Zr ions may be located in the A-position. When the Sn ion is located at the A-site, the piezoelectricity may deteriorate.
화학식 1에서, B-자리 원소 대 O 원소의 몰비는 1:3이다. 그러나, 본 발명은, 금속 산화물이 페로브스카이트형 구조를 주요 상으로서 갖는 한, 이러한 원소 몰비가 1:3으로부터 약간 벗어나는 경우 (예를 들어, 1.00:2.94 내지 1.00:3.06 범위)도 포함한다.In the formula (1), the molar ratio of the B-site element to the O element is 1: 3. However, the present invention also includes such a case that the molar ratio of these elements slightly deviates from 1: 3 (for example, in the range of 1.00: 2.94 to 1.00: 3.06) as long as the metal oxide has the perovskite type structure as the main phase.
본 발명의 실시양태에 따른 압전 재료의 형태는 제한되지 않으며, 세라믹, 분말, 단결정, 필름, 또는 슬러리 등의 임의의 형태일 수 있다. 압전 재료는 세라믹의 형태를 가질 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "세라믹"은 주로 금속 산화물로 형성되고 열 처리에 의해 소결된 결정 입자의 응집체 (또한, 벌크라고 언급됨), 즉 다결정 을 나타낸다. 용어 "세라믹"은 또한 소결 후에 가공된 다결정을 나타낸다.The shape of the piezoelectric material according to the embodiment of the present invention is not limited, and may be any shape such as ceramic, powder, single crystal, film, or slurry. The piezoelectric material may have the form of a ceramic. As used herein, the term "ceramic" refers to aggregates (also referred to as bulk) of crystal grains, which are formed primarily of metal oxides and sintered by heat treatment, i.e., polycrystals. The term "ceramic" also refers to the polycrystalline processed after sintering.
화학식 1에서, Ca 비율 x는 0.09 ≤ x ≤ 0.30을 만족한다. Ca 비율 x가 0.09 미만이고 Zr 비율 y가 0.025 이상인 경우, 정방정으로부터 사방정으로의 상 전이 온도 (이하, Tto)가 -10℃ 초과이다. Li 및 Bi 성분을 첨가함으로써 Tto가 감소될 수 있지만, 다량의 Li 및 Bi의 첨가는 바람직하지 않다.In the formula (1), the Ca ratio x satisfies 0.09? X? 0.30. When the Ca ratio x is less than 0.09 and the Zr ratio y is not less than 0.025, the phase transition temperature (hereinafter referred to as Tto) from tetragonal to tetrahedral is more than -10 ° C. Tto can be reduced by adding Li and Bi components, but the addition of a large amount of Li and Bi is undesirable.
Zr 비율 y 및 Sn 비율 z가 증가함에 따라, Tto가 증가한다. 그러나, Ca 비율 x가 0.09 이상인 한, 상기한 범위 내에 있는 Zr 비율 y 및 Sn 비율 z에 관계 없이, Li 및 Bi 성분의 첨가가 Tto를 -30℃ 이하로 감소시킬 수 있다. 비율 x가 0.3 초과인 경우, Ca는 1400℃ 이하의 소성 온도에서 고체 중으로 용해되지 않고; 불순물 상의 역할을 하는 CaTiO3이 생성되고 압전 성능이 열화된다. 따라서, Li 및 Bi 성분의 최소 첨가로 Tto를 -10℃ 이하 로 감소시키기 위해, 또한 압전성 저하를 일으키는 CaTiO3의 생성을 억제하기 위해, 비율 x는 0.09 ≤ x ≤ 0.30을 만족한다. (BaTiO3은 실온에서 정방정을 형성한다. 실온에서의 BaTiO3이 냉각되면, Tto에서 사방정으로의 상 전이가 일어난다. 사방정을 형성하는 BaTiO3이 가열되면, 사방정으로부터 정방정으로의 상 전이가 일어난다. 이러한 상 전이 온도가 본 명세서에서 Tot로서 정의된다. Tto 및 Tot는 Tto < Tot를 만족한다.) Ca 비율 x가 0.12 이상인 경우, Li 및 Bi 성분의 첨가는 상 전이 온도를 -40℃ 이하로 감소시킬 수 있다. 그 결과, 작동 온도 범위 내에서의 압전성의 온도 의존성이 감소될 수 있다. 요약하면, Ca 비율 x는 바람직하게는 0.12 ≤ x ≤ 0.30을 만족한다.As the Zr ratio y and the Sn ratio z increase, Tto increases. However, as long as the Ca ratio x is 0.09 or more, the addition of Li and Bi components can reduce Tto to -30 占 폚 or less, regardless of the Zr ratio y and the Sn ratio z within the above range. If the ratio x is greater than 0.3, Ca will not dissolve into the solid at calcination temperatures below 1400 占 폚; CaTiO3, which serves as an impurity phase, is produced and the piezoelectric performance deteriorates. Therefore, the ratio x satisfies 0.09? X? 0.30 in order to reduce Tto to -10 占 폚 or less by the minimum addition of Li and Bi components and also to suppress the generation of CaTiO3 causing piezoelectric degradation. (BaTiO3 forms tetragonal at room temperature.) When BaTiO3 is cooled at room temperature, phase transition from Tto to quadrature occurs. When the BaTiO3 forming the orthorhombic crystal is heated, the phase transition from orthorhombic to tetragonal When the Ca ratio x is 0.12 or more, the addition of the Li and Bi components causes the phase transition temperature to decrease to -40 占 폚 or lower (hereinafter, referred to as " Ta " . As a result, the temperature dependence of the piezoelectricity within the operating temperature range can be reduced. In summary, the Ca ratio x preferably satisfies 0.12? X? 0.30.
Zr 비율 y는 0.025 ≤ y ≤ 0.074를 만족한다. Zr 비율 y가 0.025 미만인 경우, 압전성이 감소한다. Zr 비율 y가 0.074 초과인 경우, 퀴리(Curie) 온도 (이하, TC)가 100℃ 미만일 수 있다. 우수한 압전성을 달성하기 위해, 또한 TC를 100℃ 이상으로 설정하기 위해, y는 0.025 ≤ y ≤ 0.074를 만족한다.The Zr ratio y satisfies 0.025? Y? 0.074. When the Zr ratio y is less than 0.025, the piezoelectricity decreases. When the Zr ratio y is more than 0.074, the Curie temperature (TC) may be less than 100 ° C. In order to achieve excellent piezoelectric properties and also to set TC to 100 DEG C or higher, y satisfies 0.025? Y? 0.074.
0.04 이상의 Zr 비율 y는 실온에서의 높은 유전율을 제공하여 압전성을 더욱 증가시킨다. 따라서, Zr 비율 y는 바람직하게는 0.04 ≤ y ≤ 0.074를 만족한다.The Zr ratio y of 0.04 or more provides a high dielectric constant at room temperature, further increasing the piezoelectricity. Therefore, the Zr ratio y preferably satisfies 0.04? Y? 0.074.
Sn 비율 z는 z ≤ 0.02를 만족한다. Zr 및 Sn은 압전 재료의 비유전율을 증가시키기 위해 첨가된다. 그러나, Ti를 Zr 또는 Sn으로 치환하면 실시양태의 압전 재료의 Tto 또한 증가한다. 작동 온도 범위 내에 있는 Tto는 압전 성능의 온도 의존성을 증가시키고, 이는 바람직하지 않다. 따라서, Zr 또는 Sn의 첨가로 인한 Tto의 증가는 Tto를 감소시키는 효과를 갖는 Ca의 첨가에 의해 상쇄된다. Tto의 증가는, Ti를 Zr로 치환하는 경우에 비해 Ti를 Sn으로 치환하는 경우에 더 낮다. BaTiO3에서, Ti 1%를 Zr로 치환하면 Tto가 12℃ 증가하고, Ti 1%를 Sn으로 치환하면 Tto가 5℃ 증가한다. 따라서, Ti를 Sn으로 치환하는 것은 보다 적은 양의 Ca를 필요로 한다. 압전 재료가 낮은 Ca 함량을 갖는 경우, 이는 높은 기계적 품질 계수를 갖는다. 따라서, Sn 비율 z는 z ≤ 0.02를 만족하도록 설정된다. 비율 z가 z > 0.02를 만족하면, Zr 비율에 따라, TC가 100℃ 미만이 될 수 있고, 이는 바람직하지 않다.Sn ratio z satisfies z? 0.02. Zr and Sn are added to increase the relative dielectric constant of the piezoelectric material. However, substituting Zr or Sn for Ti also increases the Tto of the piezoelectric material of the embodiment. Tto within the operating temperature range increases the temperature dependence of the piezoelectric performance, which is undesirable. Therefore, the increase of Tto due to the addition of Zr or Sn is canceled by the addition of Ca having the effect of decreasing Tto. The increase in Tto is lower when Ti is replaced with Sn compared to the case where Ti is replaced with Zr. In BaTiO3, substituting Zr for 1% Ti increases Tto by 12 ° C, and substituting 1% Ti for Sn increases Tto by 5 ° C. Therefore, substituting Ti with Sn requires a smaller amount of Ca. When the piezoelectric material has a low Ca content, it has a high mechanical quality factor. Therefore, the Sn ratio z is set to satisfy z? 0.02. If the ratio z satisfies z > 0.02, depending on the Zr ratio, the TC may be less than 100 DEG C, which is undesirable.
Zr, Ti, 및 Sn의 총 몰수에 대한 Ba 및 Ca의 총 몰수의 비율 a, 즉 a = (Ba + Ca)/(Zr + Ti + Sn)은 0.986 ≤ a ≤ 1.02를 만족한다. 비율 a가 0.986 미만인 경우, 소성 동안 비정상적 입자 성장이 일어난다. 평균 입자 크기가 50 ㎛ 이상이 되고, 재료의 기계적 강도 및 전기기계 결합 계수가 낮아진다. 비율 a가 1.02 초과인 경우, 고밀도를 갖는 압전 재료가 얻어지지 않는다. 저밀도를 갖는 압전 재료는 낮은 압전성을 갖는다. 실시양태에서는, 충분히 소성되지 않은 샘플은 충분히 소성된 고밀도 샘플에 비해 5% 이상 더 낮은 밀도를 갖는다.(Ba + Ca) / (Zr + Ti + Sn) of the total mole number of Ba and Ca with respect to the total mole number of Zr, Ti and Sn satisfies 0.986? A? 1.02. If the ratio a is less than 0.986, abnormal grain growth occurs during firing. The average particle size becomes 50 占 퐉 or more, and the mechanical strength and the electromechanical coupling coefficient of the material become low. When the ratio a is larger than 1.02, a piezoelectric material having a high density can not be obtained. A piezoelectric material having a low density has a low piezoelectric property. In an embodiment, a sample that is not sufficiently calcined has a density of 5% or more lower than a sufficiently calcined high-density sample.
고밀도 및 높은 기계적 강도를 갖는 압전 재료를 얻기 위해, 비율 a는 0.986 ≤ a ≤ 1.02를 만족하도록 설정된다.In order to obtain a piezoelectric material having high density and high mechanical strength, the ratio a is set to satisfy 0.986? A? 1.02.
실시양태의 압전 재료는 Mn을 제1 부성분으로서 함유한다. Mn 함량은 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트형 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.04 중량부 이상 0.36 중량부 이하이다. Mn 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 기계적 품질 계수가 증가한다. Mn 함량이 0.04 중량부 미만인 경우, 기계적 품질 계수 증가 효과가 얻어지지 않는다. 한편, Mn 함량이 0.36 중량부 초과인 경우, 압전 재료의 절연 저항이 감소한다.The piezoelectric material of the embodiment contains Mn as a first accessory ingredient. The Mn content is 0.04 part by weight or more and 0.36 part by weight or less based on 100 parts by weight of the perovskite-type metal oxide represented by the general formula (1). When the Mn content satisfies the above range, the mechanical quality factor increases. When the Mn content is less than 0.04 parts by weight, the effect of increasing the mechanical quality factor is not obtained. On the other hand, when the Mn content exceeds 0.36 parts by weight, the insulation resistance of the piezoelectric material decreases.
압전 재료가 낮은 절연 저항을 갖는 경우, 실온에서 1 kHz의 주파수 및 10 V/cm의 전계 강도를 갖는 교류 전계를 인가하여 임피던스 분석기로 측정한 압전 재료의 유전 정접이 0.01 초과이거나 또는 저항률이 1 GΩcm 이하이다.When the piezoelectric material has a low insulation resistance, an AC electric field having a frequency of 1 kHz and a field intensity of 10 V / cm at room temperature is applied and the dielectric loss tangent of the piezoelectric material measured by the impedance analyzer is more than 0.01 or the resistivity is 1 G? Or less.
Mn은 바람직하게는 B-자리를 점유한다. 일반적으로, Mn은 4+, 2+, 또는 3+ 의 원자가를 갖는다. 결정 내에 전도 원자가 존재하는 경우 (예를 들어, 결정 내에 산소 결함이 존재하거나 공여체 원소가 A-자리를 점유하는 경우), 4+로부터 3+ 또는 2+로의 Mn의 원자가 감소가 전도 원자의 트랩핑을 가능하게 하여 절연 저항을 증가시킨다.Mn preferably occupies the B-site. Generally, Mn has a valence of 4+, 2+, or 3+. If there is a conduction atom in the crystal (e.g., when there is an oxygen defect in the crystal or the donor element occupies the A-site), a decrease in the valence of Mn from 4+ to 3+ or 2+ To increase the insulation resistance.
Mn이 4+ 미만, 예컨대 2+의 원자가를 갖는 경우, Mn은 수용체의 역할을 한다. Mn이 페로브스카이트 구조 결정 내에서 수용체로서 존재하는 경우, 결정 내에 홀이 생성되거나 결정 내에 산소 공백이 형성된다.When Mn has a valence of less than 4+, such as 2+, Mn acts as a receptor. When Mn is present as a receptor in the perovskite structure crystal, holes are formed in the crystal or an oxygen vacancy is formed in the crystal.
첨가된 Mn 이온의 대부분이 2+ 또는 3+의 원자가를 갖는 경우, 산소 공백의 도입이 충분히 보상되고, 절연 저항이 감소된다. 따라서, 대부분의 Mn 이온이 바람직하게는 4+의 원자가를 갖는다. 그러나, 매우 소수의 Mn 이온이 4+ 미만의 원자가를 가져 수용체의 역할을 하고, 페로브스카이트 구조의 B-자리를 점유하고, 산소 공백을 형성시킬 수 있다. 이는, 2+ 또는 3+의 원자가를 갖는 Mn 이온 및 산소 공백이 결함 쌍극자를 형성함으로써 압전재료의 기계적 품질 계수를 증가시키기 때문이다. 3가 Bi 이온이 A-자리를 점유하는 경우, 전하에 있어 균형을 유지하기 위해, Mn 이온은 4+ 미만의 원자가를 갖는 경향이 있다.When most of the added Mn ions have a valence of 2+ or 3+, the introduction of oxygen vacancies is sufficiently compensated, and the insulation resistance is reduced. Therefore, most Mn ions preferably have a valence of 4+. However, very few Mn ions have valencies of less than 4+, thus acting as receptors, occupying the B-site of the perovskite structure, and forming oxygen vacancies. This is because the Mn ion and the oxygen vacancy having 2+ or 3+ valences increase the mechanical quality factor of the piezoelectric material by forming a defective dipole. When the trivalent Bi ion occupies the A-site, the Mn ion tends to have a valence of less than 4+ to maintain balance in charge.
비자성 (반자성) 물질에 매우 소량으로 첨가된 Mn의 원자가는, 자화율의 온도 의존성을 측정함으로써 평가될 수 있다. 자화율은 초전도 양자 간섭 디바이스 (SQUID), 진동 샘플 자력계 (VSM), 또는 자기 천칭에 의해 측정될 수 있다. 일반적으로, 측정에 의해 얻어진 자화율 χ는 하기 수학식 2로 표시되는 퀴리-바이스(Curie-Weiss) 법칙을 따른다.The valence of Mn added in very small amounts to a non-magnetic (semi-magnetic) material can be evaluated by measuring the temperature dependence of the susceptibility. The susceptibility can be measured by a superconducting quantum interference device (SQUID), a vibrating sample magnetometer (VSM), or a magnetic balance. Generally, the magnetic susceptibility x obtained by the measurement follows the Curie-Weiss law expressed by the following equation (2).
<수학식 2>&Quot; (2) "
χ = C/(T - θ)? = C / (T -?)
상기 식에서, C는 퀴리 상수를 나타내고, θ는 상자성 퀴리 온도를 나타낸다.Where C represents a Curie constant and? Represents a paramagnetic Curie temperature.
일반적으로, 비자성 물질에 매우 소량으로 첨가된 Mn이 2+의 원자가를 갖는 경우, 이는 5/2의 스핀 S를 갖고, Mn이 3+의 원자가를 갖는 경우, 이는 2의 스핀 S을 갖고; Mn이 4+의 원자가를 갖는 경우, 이는 3/2의 스핀 S을 갖는다. Mn 단위량에 대해 환산된 퀴리 상수 C는 해당 원자가를 갖는 Mn의 스핀 값 S에 상응한다. 따라서, 자화율 χ의 온도 의존성으로부터 퀴리 상수 C를 얻음으로써, Mn의 원자가를 평가할 수 있다.Generally, when a Mn added in a very small amount to a nonmagnetic material has a valence of 2+, it has a spin S of 5/2, and when Mn has a valence of 3+, it has a spin S of 2; If Mn has a valence of 4+, it has a spin S of 3/2. The Curie constant C converted to the Mn unit amount corresponds to the spin value S of Mn having the valence. Therefore, the valence of Mn can be evaluated by obtaining the Curie constant C from the temperature dependency of the susceptibility x.
퀴리 상수 C의 평가를 위해, 자화율의 온도 의존성을 바람직하게는 가능한 한 저온으로부터 측정한다. 이는, Mn의 양이 매우 적고, 따라서 비교적 고온, 예를 들어 실온 근처에서의 자화율이 매우 낮아 측정이 어렵기 때문이다. 퀴리 상수 C는 하기 방식으로 얻어질 수 있다: 자화율의 역수, 1/χ를 온도 T에 대해 플롯팅하고, 플롯을 선형 근사시키고; 생성된 선의 기울기를 퀴리 상수 C로서 결정한다.For the evaluation of the Curie constant C, the temperature dependence of the susceptibility is preferably measured from as low as possible. This is because the amount of Mn is very small and therefore the measurement is difficult because of relatively high temperature, for example, a very low magnetic susceptibility near room temperature. The Curie constant C can be obtained in the following way: plotting the reciprocal of the susceptibility, 1 / x, against the temperature T and linearly approximating the plot; The slope of the generated line is determined as a Curie constant C.
실시양태의 압전 재료는 Li를 제2 부성분으로서, 또한 Bi를 제3 부성분으로서 함유한다. 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트형 금속 산화물 100 중량부에 대한 Li 함량 (α)은 금속 환산으로 0.0013 중량부 이상 0.0280 중량부 이하이다. 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트형 금속 산화물 100 중량부에 대한 Bi 함량 (β)은 금속환산으로 0.042 중량부 이상 0.850 중량부 이하이다. Li 함량 α 및 Bi 함량 β는 하기 수학식 1의 관계를 만족한다.The piezoelectric material of the embodiment contains Li as the second subcomponent and Bi as the third subcomponent. The Li content (?) With respect to 100 parts by weight of the perovskite-type metal oxide represented by the general formula (1) is 0.0013 parts by weight or more and 0.0280 parts by weight or less in terms of metals. The Bi content (?) With respect to 100 parts by weight of the perovskite-type metal oxide represented by the general formula (1) is 0.042 parts by weight or more and 0.850 parts by weight or less in terms of metals. The Li content? And the Bi content? Satisfy the relation of the following formula (1).
<수학식 1>&Quot; (1) "
0.5 ≤ (α·MB)/(β·ML) ≤ 10.5? (? MB) / (? ML)? 1
상기 식에서, ML은 Li의 원자량을 나타내고, MB는 Bi의 원자량을 나타낸다.In the above formula, ML represents the atomic weight of Li, and MB represents the atomic weight of Bi.
Li 함량이 0.0013 중량부 미만이고, Bi 함량이 0.042 중량부 미만인 경우, 상 전이 온도 감소 및 기계적 품질 계수 증가 효과가 얻어지지 않는다. Li 함량이 0.0280 중량부 초과이고, Bi 함량이 0.850 중량부 초과인 경우, 전기기계 결합 계수가 Li 및 Bi가 첨가되지 않은 경우에 비해 30% 초과만큼 감소한다. Li-Bi 몰비 (α·MB)/(β·ML)가 0.5 미만인 경우, 퀴리 온도가 감소하고, 이는 바람직하지 않다. Li-Bi 몰비 (α·MB)/(β·ML)가 1 초과인 경우, 유전 정접이 증가한다. Li 및 Bi가 수학식 1을 만족하도록 존재하는 경우, 퀴리 온도가 감소하지 않고 절연 저항이 감소하지 않으면서, Tto 및 Tot가 감소할 수 있고 기계적 품질 계수가 증가할 수 있다.When the Li content is less than 0.0013 parts by weight and the Bi content is less than 0.042 parts by weight, the effect of decreasing the phase transition temperature and increasing the mechanical quality factor is not obtained. When the Li content exceeds 0.0280 parts by weight and the Bi content exceeds 0.850 parts by weight, the electromechanical coupling coefficient decreases by more than 30% as compared with the case where Li and Bi are not added. When the Li-Bi molar ratio (alpha. MB) / (beta ML) is less than 0.5, the Curie temperature decreases, which is not preferable. When the Li-Bi molar ratio (? MB) / (? ML) is more than 1, the dielectric loss tangent increases. When Li and Bi are present to satisfy Equation (1), the Curie temperature does not decrease, the insulation resistance does not decrease, Tto and Tot can decrease, and the mechanical quality factor can increase.
첨가된 Li 및 Bi의 일부는 입자 경계 내에 존재할 수 있거나, 또는 (Ba,Ca)(Ti,Zr,Sn)O3의 페로브스카이트형 구조 중에 용해될 수 있다. Li 및 Bi는 (Li0.5Bi0.5)Some of the added Li and Bi may be present in the grain boundaries or dissolved in the perovskite type structure of (Ba, Ca) (Ti, Zr, Sn) O3. Li and Bi are (Li0.5Bi0.5)
2+의 형태를 갖고 A-자리를 점유할 수 있다. Li 및 Bi는 수용 체의 역할을 하고, 4가 B-자리를 점유할 수 있다.2+ and occupy the A-seat. Li and Bi serve as acceptors and can occupy 4-valent B-sites.
Li 및 Bi가 입자 경계 내에 존재하는 경우, 입자간 마찰이 감소하고 기계적 품질계수가 증가한다. Li 및 Bi가 (Ba,Ca)(Ti,Zr,Sn)O3의 페로브스카이트 구조 중에 용해되는 경우, Tot 및 Tto가 감소할 수 있고 기계적 품질 계수가 더욱 증가할 수 있다.When Li and Bi are present in the grain boundaries, the intergranular friction decreases and the mechanical quality factor increases. When Li and Bi are dissolved in the perovskite structure of (Ba, Ca) (Ti, Zr, Sn) O3, Tot and Tto can be reduced and the mechanical quality factor can be further increased.
Li 및 Bi의 위치는, 예를 들어, X-선 회절측정법, 전자 빔 회절측정법, 전자 현미경, 또는 레이저 어블레이션 ICP-MS에 의해 측정될 수 있다.The positions of Li and Bi can be measured by, for example, X-ray diffraction measurement, electron beam diffraction measurement, electron microscopy, or laser ablation ICP-MS.
Li 및 Bi가 B-자리를 점유하는 경우, Li 및 Bi가 Ti 및 Zr에 비해 더 큰 이온 반경을 갖기 때문에, 페로브스카이트 구조의 격자 상수가 증가한다.When Li and Bi occupy the B-site, the lattice constant of the perovskite structure increases because Li and Bi have a larger ion radius than Ti and Zr.
Li 및 Bi가 A-자리를 점유하는 경우, 소성에 의해 고밀도 세라믹을 제공하기 위해 최적인 값 a가 감소한다.When Li and Bi occupy the A-site, the optimum value a is decreased to provide a high-density ceramic by firing.
BaO-TiO2 상도(phase diagram)에서, BaO 및 TiO2가 1:1의 몰비를 갖는 조성물에 대한 TiO2-풍부 영역이 고온에서 액체 상을 갖는다. 따라서, BaTiO3 세라믹의 소성 동안, TiO2 함량이 화학양론적 비율을 초과하는 경우, 액체 상이 소결되어 비정상적 입자 성장을 일으킨다. 한편, BaO 함량이 높은 경우, 소결이 진행될 가능성이 낮고, 생성된 세라믹이 저밀도를 갖는다. LiBiO2는 소결 조제로서 공지되어 있지만, Li 및 Bi 성분이 A-자리를 점유하여 과량의 A-자리 성분이 제공되고, 세라믹의 소결이 억제될 수 있다. 그 결과, 생성된 세라믹이 저밀도를 갖는다. 이러한 경우, 값 a를 감소시킴으로써, 소결을 촉진시킬 수 있고, 고밀도 샘플을 얻을 수 있다.In the BaO-TiO2 phase diagram, the TiO2-rich region for the composition having a molar ratio of BaO and TiO2 of 1: 1 has a liquid phase at high temperature. Thus, during the firing of BaTiO3 ceramics, when the TiO2 content exceeds the stoichiometric ratio, the liquid phase sintered causing abnormal grain growth. On the other hand, when the BaO content is high, the possibility of sintering is low and the produced ceramic has a low density. LiBiO2 is known as a sintering auxiliary, but Li and Bi components occupy the A-site, so that excessive A-site components are provided, and sintering of the ceramic can be suppressed. As a result, the produced ceramic has a low density. In this case, by decreasing the value a, sintering can be promoted and a high-density sample can be obtained.
Li 함량, Bi 함량, 및 Li-Bi 함량 비율은, 예를 들어 ICP 분석에 의해 평가될 수 있다.The Li content, Bi content, and Li-Bi content ratios can be evaluated, for example, by ICP analysis.
실시양태의 압전 재료의 생성을 용이하게 하고, 실시양태의 압전 재료의 특성을 조정하기 위해, 5 mol% 이하의 Ba 및 Ca를 Sr 등의 2가 금속 원소로 치환할 수 있다. 유사하게, 5 mol% 이하의 Ti, Zr, 및 Sn을 Hf 등의 4가 금속 원소로 치환할 수 있다.5 mol% or less of Ba and Ca may be substituted with a divalent metal element such as Sr in order to facilitate the production of the piezoelectric material of the embodiment and adjust the characteristics of the piezoelectric material of the embodiment. Similarly, up to 5 mol% of Ti, Zr, and Sn can be replaced with a tetravalent metal element such as Hf.
소결체의 밀도는, 예를 들어, 아르키메데스(Archimedes) 방법에 의해 측정될 수 있다. 실시양태에서, 소결체의 측정 밀도 (ρmeas.)와 소결체의 조성과 격자 상수로부터 구한 이론 밀도 (ρcalc.)의 비율, 즉 상대 밀도 (100 ρcalc./ρmeas.)가 95 이상인 경우, 소결체가 압전 재료로서 충분히 고밀도를 갖는 것으로 간주된다.The density of the sintered body can be measured, for example, by the Archimedes method. In the embodiment, when the ratio of the measured density (? Meas.) Of the sintered body to the theoretical density (? Calc.) Obtained from the lattice constant of the sintered body and the relative density (100? Calc ./rmeasas.) Is 95 or more, It is considered to have a sufficiently high density.
퀴리 온도 TC는 하기와 같다: 압전 재료는 퀴리 온도 TC 이상에서 압전성을 손실한다. 본 명세서에서는, 강유전상 (정방정 상)과 상유전 상 (입방정 상) 사이의 상 전이 온도에 근접하고, 유전율이 최대가 되는 온도를 TC로서 정의한다. 유전율은, 예를 들어, 1 kHz의 주파수 및 10 V/cm의 전계 강도를 갖는 교류 전계를 인가하여 임피던스 분석기로 측정한다.The Curie temperature TC is as follows: Piezoelectric material loses piezoelectricity above Curie temperature TC. In the present specification, the temperature at which the phase transition temperature is close to the phase transition temperature between the ferroelectric phase (tetragonal phase) and the phase dielectric phase (cubic phase) and the maximum permittivity is defined as TC. The permittivity is measured by an impedance analyzer, for example, by applying an alternating electric field having a frequency of 1 kHz and an electric field intensity of 10 V / cm.
온도가 저온으로부터 증가함에 따라, 실시양태의 압전 재료는 능면정, 사방정, 정방정, 입방정으로부터 육방정으로의 상 전이가 순차적으로 일어난다. 본 명세서에서 언급된 상 전이는 단지 사방정으로부터 정방정으로의 또는 정방정으로부터 사방정으로의 상 전이를 나타낸다. 상 전이 온도는 퀴리 온도에서와 동일한 방법으로 평가할 수 있고, 유전율이 최대가 되는 온도를 상 전이 온도로서 정의한다. 결정계는, 예를 들어, X-선 회절측정법, 전자 빔 회절측정법, 또는 라만 분광 분석법에 의해 평가될 수 있다.As the temperature increases from low temperature, the piezoelectric material of the embodiment sequentially undergoes phase transition from quadratic, orthorhombic, tetragonal, cubic to hexagonal. The phase transition referred to herein refers to a phase transition from only tetragonal to tetragonal or from tetragonal to tetragonal. The phase transition temperature can be evaluated in the same manner as in the Curie temperature, and the temperature at which the maximum permittivity is defined as the phase transition temperature. The crystal system can be evaluated by, for example, X-ray diffraction measurement, electron beam diffraction measurement, or Raman spectroscopy.
기계적 품질 계수를 감소시키는 요인 중 하나는, 도메인 벽 진동이다. 일반적으로, 도메인 구조가 복잡할수록, 도메인 벽의 밀도가 높고 기계적 품질 계수가 낮다. 사방정 페로브스카이트 구조 및 정방정 페로브스카이트 구조의 자발적 분극의 결정 배향은 각각, 유사-입방정 표기로 <110> 및 <100>이다. 즉, 자발적 분극의 공간적 자유도는 사방정 구조에서보다 정방정 구조에서 더 낮다. 따라서, 정방정 구조가 보다 단순한 도메인 구조를 갖고, 또한 동일한 조성의 경우에도, 이는 보다 높은 기계적 품질 계수를 갖는다. 따라서, 실시양태의 압전 재료는 바람직하게는 작동 온도 범위 내에서 사방정 구조보다는 정방정 구조를 갖는다.One of the factors reducing the mechanical quality factor is the domain wall vibration. Generally, the more complex the domain structure, the higher the density of domain walls and the lower the mechanical quality factor. The crystal orientations of the spontaneous polarization of the orthorhombic perovskite structure and the tetragonal perovskite structure are respectively <110> and <100> in pseudo-cubic notation. That is, the spatial freedom of spontaneous polarization is lower in the tetragonal structure than in the orthogonal structure. Thus, the tetragonal structure has a simpler domain structure, and even in the case of the same composition, it has a higher mechanical quality factor. Thus, the piezoelectric material of the embodiment preferably has a tetragonal structure rather than a tetragonal structure within an operating temperature range.
상 전이 온도 근처의 온도에서, 유전율 및 전기기계 결합 계수는 최대가 되고, 영률은 최소가 된다. 압전 상수는 이들 3개 파라미터의 함수이고, 이는 상 전이 온도 근처의 온도에서 최대값 또는 변곡점을 갖는다. 따라서, 디바이스의 작동 온도 범위 내에서 상 전이가 일어나는 경우, 디바이스의 성능이 온도 변화에 대응하여 과도하게 변화되거나, 또는 공진 주파수가 온도 변화에 대응하여 변화되어 디바이스의 제어가 어려워진다. 요약하면, 압전 성능의 변화을 일으키는 최대 요인이 되는 상 전이가 작동 온도 범위 내에서 일어나지 않는 것이 바람직하다. 상 전이 온도가 작동 온도 범위로부터 멀어질수록, 작동 온도 범위 범위 내에서의 압전 성능의 온도 의존성이 낮고, 이것이 바람직하다.At a temperature near the phase transition temperature, the dielectric constant and the electromechanical coupling coefficient become maximum, and the Young's modulus becomes minimum. The piezoelectric constant is a function of these three parameters, which have a maximum value or inflection point at a temperature near the phase transition temperature. Therefore, when a phase transition occurs within the operating temperature range of the device, the performance of the device is excessively changed corresponding to the temperature change, or the resonance frequency is changed corresponding to the temperature change, making it difficult to control the device. In summary, it is desirable that the phase transition, which is the greatest factor causing a change in the piezoelectric performance, does not occur within the operating temperature range. The farther the phase transition temperature is from the operating temperature range, the lower the temperature dependency of the piezoelectric performance within the operating temperature range, which is preferable.
실시양태의 압전 재료는 Si 및 B 중 적어도 하나를 함유하는 제4 부성분을 함유할 수 있다. 제4 부성분의 함량은 화학식 1로 표시되는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.001 중량부 이상 4.000 중량부 이하일 수 있다. 제4 부성분은 실시양태의 압전 재료의 소성 온도를 감소시키는 효과를 갖는다. 압전 재료가 적층 압전 소자에 사용되는 경우, 적층 압전 소자의 제조 공정에서, 압전 재료를 전극 재료와 함께 소결시킨다. 일반적으로, 전극 재료는 압전 재료에 비해 더 낮은 내열 온도를 갖는다. 따라서, 압전 재료에 대한 소성 온도가 감소될 수 있는 경우, 소결에 필요한 에너지가 감소하고, 전극 재료의 선택 수가 증가하고, 이것이 바람직하다.The piezoelectric material of the embodiment may contain a fourth subcomponent including at least one of Si and B. [ The content of the fourth subcomponent may be 0.001 part by weight or more and 4.000 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the metal oxide represented by the general formula (1). The fourth subcomponent has an effect of reducing the firing temperature of the piezoelectric material of the embodiment. When a piezoelectric material is used for a laminated piezoelectric element, the piezoelectric material is sintered together with the electrode material in the production process of the laminated piezoelectric element. Generally, the electrode material has a lower heat-resistant temperature than the piezoelectric material. Therefore, when the firing temperature for the piezoelectric material can be reduced, the energy required for the sintering decreases and the number of the electrode materials to be selected increases, which is preferable.
제4 부성분 함량이 0.001 중량부 미만인 경우, 소성 온도의 감소 효과가 제공되지 않는다. 제4 부성분 함량이 4.000 중량부 초과인 경우, 이 샘플은 제4 부성분을 함유하지 않으며 최적 조건 하에서의 소성 (예를 들어, 1300℃ 내지 1350℃에서의 공기 중 소성)에 의해 얻어진 샘플에 비해 30% 이상 더 낮은 압전성을 갖는다. 제4부성분 함량이 0.001 중량부 이상 4.000 중량부 이하인 경우, 압전성 감소가 30% 미만으로 억제될 수 있고, 소성 온도가 감소할 수 있다. 특히, 제4 부성분 함량이 0.05 중량부 이상인 경우, 1250℃ 미만의 소성 온도에서의 소성에 의해 고밀도 세라믹이 제공될 수 있고, 이것이 더욱 바람직하다. 제4 부성분 함량이 0.09 중량부 이상 0.15 중량부 이하인 경우, 1200℃ 이하에서 소성이 수행될 수 있고, 압전성 감소가 20% 이하로 억제될 수 있고, 이것이 훨씬 더 바람직하다.When the content of the fourth subcomponent is less than 0.001 part by weight, the effect of reducing the firing temperature is not provided. If the fourth subcomponent content is greater than 4.000 parts by weight, the sample does not contain the fourth subcomponent and is present in an amount of less than 30% relative to the sample obtained by firing under optimal conditions (e.g., air firing at 1300 ° C to 1350 ° C) Or more. When the content of the fourth subcomponent is 0.001 parts by weight or more and 4.000 parts by weight or less, the piezoelectricity reduction can be suppressed to less than 30%, and the firing temperature can be reduced. Particularly, when the content of the fourth subcomponent is 0.05 parts by weight or more, high-density ceramics can be provided by firing at a firing temperature of less than 1250 DEG C, which is more preferable. When the content of the fourth subcomponent is 0.09 part by weight or more and 0.15 part by weight or less, firing can be performed at 1200 캜 or less, and the piezoelectricity reduction can be suppressed to 20% or less, which is even more preferable.
실시양태의 압전 재료에서, α 및 β는 0.19 < 2.15α + 1.11β < 1을 만족할 수 있다. α 및 β가 이러한 관계를 만족하지 않는 경우와 비교하여, α 및 β가 이러한 관계를 만족하는 경우, 압전 재료는 높은 기계적 품질 계수를 갖는다.In the piezoelectric material of the embodiment,? And? Can satisfy 0.19 < 2.15? + 1.11? <1. Compared to the case where? and? do not satisfy this relationship, when? and? satisfy this relationship, the piezoelectric material has a high mechanical quality factor.
실시양태의 압전 재료는 화학식 1에서 y + z ≤ (11x/14) - 0.037을 만족할 수 있다. x, y, 및 z가 이러한 관계를 만족하는 경우, Tto가 -20℃ 미만이 된다.The piezoelectric material of the embodiment can satisfy y + z? (11x / 14) - 0.037 in the formula (1). When x, y, and z satisfy this relationship, Tto is less than -20 占 폚.
실시양태의 압전 재료는 바람직하게는 -60℃ 이상 100℃ 이하의 범위에서 상 전이 온도를 갖지 않는다. 압전재료가 상기 범위 내의 상 전이 온도를 갖지 않는 경우, 작동 온도에서의 특징 변화이 일어날 가능성이 낮다.The piezoelectric material of the embodiment preferably has no phase transition temperature in the range of -60 占 폚 to 100 占 폚. If the piezoelectric material does not have a phase transition temperature within the above range, the possibility of characteristic change at the operating temperature is low.
실시양태의 압전 재료의 제조 방법은 특별히 제한되지 않는다.The method for producing the piezoelectric material of the embodiment is not particularly limited.
압전 세라믹이 제조되는 경우, 예를 들어, 상압에서 구성 원소를 함유하는 산화물, 탄산염, 질산염, 및 옥살산염을 함유하는 고체 분말의 표준 소결 방법이 이용될 수 있다. 이들 원료는 Ba 화합물, Ca 화합물, Ti 화합물, Zr 화합물, Sn 화합물, Mn 화합물, Li 화합물, 및 Bi 화합물 등의 금속 화합물을 포함한다.When piezoelectric ceramics are produced, standard sintering methods of solid powders containing, for example, oxides, carbonates, nitrates, and oxalates containing constituent elements at normal pressure can be used. These raw materials include metal compounds such as a Ba compound, a Ca compound, a Ti compound, a Zr compound, a Sn compound, a Mn compound, a Li compound, and a Bi compound.
사용가능한 Ba 화합물의 예는 산화바륨, 탄산바륨, 옥살산바륨, 아세트산바륨, 질산바륨, 티타늄산바륨, 지르코늄산바륨, 및 티타늄산지르코늄산바륨을 포함한다.Examples of usable Ba compounds include barium oxide, barium carbonate, barium oxalate, barium acetate, barium nitrate, barium titanate, barium zirconium, and barium zirconium zirconium titanate.
사용가능한 Ca 화합물의 예는 산화칼슘, 탄산칼슘, 옥살산칼슘, 아세트산칼슘, 티타늄산칼슘, 및 지르코늄산칼슘을 포함한다.Examples of usable Ca compounds include calcium oxide, calcium carbonate, calcium oxalate, calcium acetate, calcium titanate, and calcium zirconate.
사용가능한 Ti 화합물의 예는 산화티타늄, 티타늄산바륨, 지르코늄산바륨, 및 티타늄산칼슘을 포함한다.Examples of usable Ti compounds include titanium oxide, barium titanate, barium zirconium, and calcium titanate.
사용가능한 Zr 화합물의 예는 산화지르코늄, 지르코늄산바륨, 티타늄산지르코늄산바륨, 및 지르코늄산칼슘을 포함한다.Examples of usable Zr compounds include zirconium oxide, barium zirconium oxide, barium zirconium zirconium titanate, and calcium zirconate.
사용가능한 Sn 화합물의 예는 산화주석, 주석산바륨, 및 주석산칼슘을 포함한다.Examples of usable Sn compounds include tin oxide, barium tartrate, and calcium stannate.
사용가능한 Mn 화합물의 예는 탄산망가니즈, 일산화망가니즈, 이산화망가니즈, 삼산화사망가니즈, 및 아세트산망가니즈를 포함한다.Examples of usable Mn compounds include manganese carbonate, manganese monoxide, manganese dioxide, trioxide manganese, and manganese acetate.
사용가능한 Li 화합물의 예는 탄산리튬 및 비스무트산리튬을 포함한다.Examples of usable Li compounds include lithium carbonate and lithium bismuthate.
사용가능한 Bi 화합물의 예는 산화비스무트 및 비스무트산리튬을 포함한다.Examples of usable Bi compounds include bismuth oxide and lithium bismuthate.
실시양태의 압전 세라믹에서 B-자리에서의 Ti, Zr, 및 Sn의 함량에 대한 A-자리에서의 Ba 및 Ca의 함량의 몰비 a를 조정하기 위해 사용되는 재료는 특별히 제한되지 않는다. Ba 화합물, Ca 화합물, Ti 화합물, Zr 화합물, 및 Sn 화합물은 동일한 효과를 제공한다.The material used for adjusting the molar ratio a of the content of Ba and Ca in the A-site to the content of Ti, Zr, and Sn in the B-site in the piezoelectric ceramics of the embodiment is not particularly limited. The Ba compound, the Ca compound, the Ti compound, the Zr compound, and the Sn compound provide the same effect.
실시양태의 압전 세라믹의 원료 분말의 과립화 방법은 특별히 제한되지 않는다. 과립화에서 사용가능한 결합제의 예는 PVA (폴리비닐 알콜), PVB (폴리비닐 부티랄), 및 아크릴 수지를 포함한다. 첨가되는 결합제의 양은 성형체의 밀도 증가의 관점에서 바람직하게는 1 중량부 내지 10 중량부, 더욱 바람직하게는 2 중량부 내지 5 중량부이다. Ba 화합물, Ca 화합물, Ti 화합물, Zr 화합물, Sn 화합물, 및 Mn 화합물의 기계적 혼합에 의해 얻어 지는 분말 혼합물을 과립화할 수 있거나; 이들 화합물을 약 800℃ 내지 약 1300℃에서 소성시키고, 그 후 과립화할 수 있거나; 또는 Ba 화합물, Ca 화합물, Ti 화합물, Zr 화합물, Sn 화합물, Li 화합물, 및 Bi 화합물을 소성시킬 수 있고, 이들 소성된 화합물에, Mn 화합물 및 결합제를 동시에 첨가할 수 있다. 가장 바람직한 과립화 방법은 분무 건조 방법인데, 이는 과립화된 분말의 입자 크기가 보다 균일해질 수 있기 때문이다.The granulating method of the raw material powder of the piezoelectric ceramics of the embodiment is not particularly limited. Examples of binders usable in granulation include PVA (polyvinyl alcohol), PVB (polyvinyl butyral), and acrylic resin. The amount of the binder to be added is preferably 1 part by weight to 10 parts by weight, more preferably 2 parts by weight to 5 parts by weight from the viewpoint of increasing the density of the molded article. The powder mixture obtained by mechanical mixing of Ba compound, Ca compound, Ti compound, Zr compound, Sn compound, and Mn compound can be granulated; These compounds can be calcined at about 800 ° C to about 1300 ° C and then granulated; Or a Ba compound, a Ca compound, a Ti compound, a Zr compound, a Sn compound, a Li compound, and a Bi compound can be sintered, and a Mn compound and a binder can be simultaneously added to these sintered compounds. The most preferred granulation method is the spray drying method because the particle size of the granulated powder can become more uniform.
실시양태의 압전 세라믹의 성형체의 형성 방법은 특별히 제한되지 않는다. 성형체는 원료 분말, 과립화된 분말, 또는 슬러리로 형성된 고형물이다. 성형체는, 예를 들어, 단일축 가압, 냉간 등방압 가압, 열간 등방압가압, 캐스팅, 또는 압출에 의해 형성될 수 있다.The forming method of the piezoelectric ceramics of the embodiment is not particularly limited. The shaped body is a raw material powder, a granulated powder, or a solid formed from a slurry. The shaped body can be formed by, for example, uniaxial pressing, cold isostatic pressing, hot isostatic pressing, casting, or extrusion.
실시양태의 압전 세라믹의 소결 방법은 특별히 제한되지 않는다. 소결은, 예를 들어, 전기 로에 의한 소결, 기체 로에 의한 소결, 전기 가열, 마이크로파 소결, 밀리미터파 소결, 또는 HIP (열간 등방압 가압)에 의해 수행될 수 있다. 전기 로에 의한 소결 및 기체 로에 의한 소결은 연속식 로 또는 배치식 로에 의해 수행될 수 있다.The sintering method of the piezoelectric ceramics of the embodiment is not particularly limited. The sintering can be performed by, for example, sintering by electric furnace, sintering by gas furnace, electric heating, microwave sintering, millimeter wave sintering, or HIP (hot isostatic pressing). Sintering by electric furnace and sintering by gas furnace can be carried out continuously or batchwise.
소결 방법에서, 세라믹 소성 온도는 특별히 제한되지 않는다. 세라믹 소성 온도는 바람직하게는, 화합물이 반응하고 결정이 충분히 성장하는 온도이다. 소성 온도는 바람직하게는, 3 ㎛ 내지 30 ㎛의 입자 크기를 갖는 세라믹 입자를 제공하는 관점에서, 1100℃ 이상 1550℃ 이하, 또한 더욱 바람직하게는 1100℃ 이상 1380℃ 이하이다. 이러한 온도 범위에서의 소결에 의해 얻어진 압전 세라믹은 우수한 압전 성능을 갖는다.In the sintering method, the ceramic firing temperature is not particularly limited. The ceramic calcination temperature is preferably the temperature at which the compound reacts and crystals grow sufficiently. The firing temperature is preferably 1100 DEG C to 1550 DEG C, and more preferably 1100 DEG C to 1380 DEG C from the viewpoint of providing ceramic particles having a particle size of 3 mu m to 30 mu m. Piezoelectric ceramics obtained by sintering in this temperature range have excellent piezoelectric performance.
높은 재현성으로 소결에 의해 얻어진 압전 세라믹의 특성을 안정화시키기 위해서는, 소결을 2시간 이상 24시간 이하 동안 상기한 범위 내의 일정한 온도에서 수행할 수 있다.In order to stabilize the characteristics of the piezoelectric ceramics obtained by sintering with high reproducibility, the sintering can be performed at a constant temperature within the above range for 2 hours to 24 hours or less.
2 단계 소결 방법 등의 소결 방법을 이용할 수 있다. 그러나, 생산성의 관점에서, 급격한 온도 변화를 포함하지 않는 소결 방법을 이용할 수 있다.A sintering method such as a two-step sintering method may be used. However, from the viewpoint of productivity, a sintering method which does not involve a rapid temperature change can be used.
압전 세라믹을 연마한 후, 이를 1000℃ 이상의 온도에서 열-처리할 수 있다. 압전 세라믹을 기계적으로 연마하면, 압전 세라믹 내에 잔류 응력이 생성된다. 이러한 압전 세라믹을 1000℃ 이상에서 열-처리함으로써, 잔류 응력이 감소하고, 압전 세라믹의 압전성이 향상된다. 이러한 열 처리는 또한 입자 경계에서 침착된 탄산바륨 등의 원료 분말을 제거한다. 열 처리 시간은 특별히 제한되지 않고, 1시간 이상일 수 있다.After polishing the piezoelectric ceramic, it can be heat-treated at a temperature of 1000 ° C or higher. When the piezoelectric ceramic is mechanically polished, residual stress is generated in the piezoelectric ceramic. By subjecting such a piezoelectric ceramic to a heat treatment at 1000 占 폚 or higher, the residual stress is reduced and piezoelectric properties of the piezoelectric ceramic are improved. This heat treatment also removes the raw powder such as barium carbonate deposited at the grain boundaries. The heat treatment time is not particularly limited and may be one hour or more.
실시양태의 압전 재료가 100 ㎛ 초과의 결정 입자 크기를 갖는 경우, 재료는 절단 및 연마에 불충분한 강도를 가질 수 있다. 입자 크기가 0.3 ㎛ 미만인 경우, 압전성이 감소한다. 요약하면, 입자 크기는 바람직하게는 평균적으로 0.3 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 3 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하이다.If the piezoelectric material of the embodiment has a crystal grain size of greater than 100 占 퐉, the material may have insufficient strength for cutting and polishing. When the particle size is less than 0.3 탆, the piezoelectricity is reduced. In short, the particle size is preferably 0.3 mu m or more and 100 mu m or less, more preferably 3 mu m or more and 30 mu m or less on average.
본원에서 사용되는 용어 "입자 크기"는 현미경 검사에서 통상적으로 언급되는 "투영 면적 원 상당 직경", 즉 결정 입자의 투영 면적과 동일한 면적을 갖는 완전한 원의 직경을 나타낸다. 실시양태에서, 입자 크기의 측정 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 압전 재료의 표면을 편광 현미경 또는 주사형 전자 현미경으로 촬영하고; 얻어진 현미경 사진을 화상 처리에 적용하고, 입자 크기를 측정한다. 최적 배율이 표적 입자 크기에 따라 상이하기 때문에, 표적 입자 크기에 대해 광학 현미경 및 전자 현미경으로부터의 선택을 수행할 수 있다.The term "particle size" as used herein refers to the diameter of a complete circle having the same area as the projected area of the crystal grains, i.e., the " projected area circle equivalent diameter " In an embodiment, the method of measuring the particle size is not particularly limited. For example, the surface of the piezoelectric material is photographed with a polarizing microscope or a scanning electron microscope; The obtained micrograph is applied to image processing, and the particle size is measured. Since the optimum magnification depends on the target particle size, selection from an optical microscope and an electron microscope can be performed on the target particle size.
재료의 표면의 화상 대신에, 재료의 연마 표면 또는 단면의 화상으로부터 원 상당 직경을 측정할 수 있다.Instead of the image of the surface of the material, the circle equivalent diameter can be measured from the image of the abrasive surface or the cross section of the material.
실시양태의 압전 재료가 기판 상에 형성되는 필름으로서 사용되는 경우, 압전 재료는 바람직하게는 200 nm 이상 10 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 300 nm 이상 3 ㎛ 이하의 두께를 갖는다. 이는, 200 nm 이상 10 ㎛ 이하의 필름 두께를 갖는 압전 재료가 압전 소자로서 충분한 전기기계 변환 기능을 갖기 때문이다.When the piezoelectric material of the embodiment is used as a film to be formed on a substrate, the piezoelectric material preferably has a thickness of not less than 200 nm and not more than 10 mu m, more preferably not less than 300 nm and not more than 3 mu m. This is because a piezoelectric material having a film thickness of 200 nm or more and 10 m or less has sufficient electromechanical conversion function as a piezoelectric element.
필름 형성 방법은 특별히 제한되지 않는다. 필름 형성 방법의 예는 화학 용액 증착 (CSD), 졸-겔 방법, 금속 유기 화학 증착 (MOCVD), 스퍼터링 방법, 펄스 레이저 증착 (PLD), 수열 합성 방법, 및 에어로졸 증착 (AD)을 포함한다. 물론, 가장 바람직한 필름 형성 방법은 화학 용액 증착 및 스퍼터링이다. 화학 용액 증착 또는 스퍼터링 방법은 큰 면적을 갖는 필름의 용이한 형성을 가능하게 한다. 실시양태의 압전 재료에 사용되는 기판은 바람직하게는 (001)면 또는 (110)면을 따라 절단 및 연마함으로써 제공되는 단결정 기판이다. 특정 결정면을 따라 절단 및 연마함으로써 제공되는 단결정 기판을 사용함으로써, 기판 표면 상에 형성되는 압전 재료 필름은 기판에서와 동일한 방향으로 강하게 배향되어 형성될 수 있다.The film forming method is not particularly limited. Examples of film forming methods include chemical solution deposition (CSD), sol-gel methods, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), sputtering methods, pulsed laser deposition (PLD), hydrothermal synthesis methods, and aerosol deposition (AD). Of course, the most preferred film forming methods are chemical solution deposition and sputtering. The chemical solution deposition or sputtering method enables easy formation of a film having a large area. The substrate used for the piezoelectric material of the embodiment is preferably a single crystal substrate provided by cutting and polishing along (001) plane or (110) plane. By using a monocrystalline substrate provided by cutting and polishing along a specific crystal plane, the piezoelectric material film formed on the substrate surface can be formed strongly oriented in the same direction as the substrate.
이하에서, 본 발명의 실시양태에 따른 압전 재료를 포함하는 압전 소자를 설명한다.Hereinafter, a piezoelectric element including a piezoelectric material according to an embodiment of the present invention will be described.
도 3은 본 발명의 실시양태에 따른 압전 소자의 구성을 나타내는 개략도이다. 실시양태의 압전 소자는 적어도 제1 전극 (1), 압전 재료 (2), 및 제2 전극 (3)을 포함한다. 압전 재료 (2)는 본 발명의 실시양태에 따른 압전 재료이다.3 is a schematic view showing a configuration of a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention. The piezoelectric element of the embodiment includes at least a first electrode 1, a
실시양태의 압전 재료를 사용하여 적어도 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 압전 소자를 형성하는 경우, 압전재료의 압전성을 평가할 수 있다. 제1 전극 및 제2 전극은 각각 약 5 nm 내지 약 2000 nm의 두께를 갖는 전도성 층이다. 전극의 재료는 특별히 제한되지 않고, 압전 소자에 일반적으로 사용되는 재료로부터 선택될 수 있다. 재료의 예는 Ti, Pt, Ta, Ir, Sr, In, Sn, Au, Al, Fe, Cr, Ni, Pd, Ag, 및 Cu 등의 금속, 및 이들 금속의 화합물을 포함한다.In the case of forming the piezoelectric element including at least the first electrode and the second electrode using the piezoelectric material of the embodiment, the piezoelectric property of the piezoelectric material can be evaluated. The first and second electrodes are conductive layers each having a thickness of about 5 nm to about 2000 nm. The material of the electrode is not particularly limited, and may be selected from a material generally used for a piezoelectric element. Examples of the material include metals such as Ti, Pt, Ta, Ir, Sr, In, Sn, Au, Al, Fe, Cr, Ni, Pd, Ag and Cu and compounds of these metals.
제1 전극 및 제2 전극은 상기 예로부터 선택된 단일 재료로 형성될 수 있다. 다르게는, 각각의 전극은 상기 예로부터 선택된 2종 이상의 재료의 적층에 의해 구성될 수 있다. 제1 전극은 제2 전극의 재료와 상이한 재료로 형성될 수 있다. The first electrode and the second electrode may be formed of a single material selected from the above examples. Alternatively, each electrode may be constituted by a lamination of two or more kinds of materials selected from the above examples. The first electrode may be formed of a material different from the material of the second electrode.
제1 전극 및 제2 전극의 형성 방법은 제한되지 않는다. 제1 전극 및 제2 전극은, 예를 들어, 금속 페이스트의 소성, 스퍼터링, 또는 증착 방법에 의해 형성될 수 있다. 제1 전극 및 제2 전극을 요망되는 형상을 갖도록 패턴화한 후 사용할 수 있다.The method of forming the first electrode and the second electrode is not limited. The first electrode and the second electrode may be formed by, for example, baking, sputtering, or a deposition method of a metal paste. The first electrode and the second electrode may be patterned to have a desired shape and then used.
압전 소자는 특정 방향으로 정렬된 분극 축을 가질 수 있다. 압전 소자가 특정 방향으로 정렬된 분극 축을 갖는 경우, 이는 높은 압전 상수를 갖는다.The piezoelectric element may have a polarization axis aligned in a specific direction. When the piezoelectric element has a polarization axis aligned in a specific direction, it has a high piezoelectric constant.
압전 소자의 분극 방법은 특별히 제한되지 않는다. 분극 처리는 공기 중에서 또는 오일 중에서 수행될 수 있다. 분극 온도는 60℃ 내지 130℃일 수 있지만, 최적 조건은 압전 소자를 구성하는 압전 재료의 조성에 따라 다소 달라진다. 분극 처리에서 재료에 인가되는 전계는 재료의 항전계의 경우와 동등하거나 그보다 큰 강도를 가질 수 있고, 구체적으로는 1 내지 5 kV/mm일 수 있다.The polarization method of the piezoelectric element is not particularly limited. The polarization treatment can be carried out in air or in oil. The polarization temperature may be from 60 캜 to 130 캜, but the optimum conditions are somewhat different depending on the composition of the piezoelectric material constituting the piezoelectric element. The electric field applied to the material in the polarization treatment may have a strength equal to or larger than that of the coercive field of the material, specifically, 1 to 5 kV / mm.
압전 소자의 압전 상수 및 전기기계 품질 계수는 시판되는 임피던스 분석기를 사용하여 얻어진 공진 주파수 및 반-공진 주파수의 측정 결과로부터 일본 전자 정보 기술 산업 협의의 표준 (JEITA EM-4501)에 기초하여 계산될 수 있다. 이하에서, 이 방법은 공진-반공진 방법으로서 언급된다.The piezoelectric constant and the electromechanical quality factor of the piezoelectric element can be calculated based on the Japan Electronics and Information Technology Industries Consultation Standard (JEITA EM-4501) from the measurement results of the resonance frequency and the anti-resonance frequency obtained using a commercially available impedance analyzer have. Hereinafter, this method is referred to as a resonance-anti-resonance method.
이하에서, 본 발명의 실시양태에 따른 압전 재료를 포함하는 적층 압전 소자를 설명한다.Hereinafter, a laminated piezoelectric element including a piezoelectric material according to an embodiment of the present invention will be described.
[적층 압전 소자][Laminated piezoelectric element]
본 발명의 실시양태에 따른 적층 압전 소자는 압전 재료 층 및 내부 전극을 포함하는 전극 층을 포함한다. 압전 재료 층 및 전극 층은 교호 적층된다. 압전 재료 층은 본 발명의 실시양태에 따른 압전 재료를 함유한다.A laminated piezoelectric element according to an embodiment of the present invention includes an electrode layer including a piezoelectric material layer and an internal electrode. The piezoelectric material layer and the electrode layer are alternately laminated. The piezoelectric material layer contains the piezoelectric material according to the embodiment of the present invention.
도 4a는 본 발명의 실시양태에 따른 적층 압전 소자의 구성을 나타내는 단면 개략도이다. 실시양태의 적층 압전 소자는 압전 재료 층 (54) 및 내부 전극 (55)를 포함하는 전극 층을 포함한다. 압전 재료 층 및 전극 층은 교호 적층된다. 압전 재료 층 (54)는 상기한 압전 재료로 형성된다. 적층 압전 소자는, 내부 전극 (55)에 추가로, 제1 전극 (51) 및 제2 전극 (53)과 같은 외부 전극을 포함할 수 있다.4A is a schematic cross-sectional view showing the structure of a laminated piezoelectric element according to an embodiment of the present invention. The laminated piezoelectric element of the embodiment includes an electrode layer including a
도 4a는 2층의 압전 재료 층 (54) 및 1층의 내부 전극 (55)가 교호 적층되고; 이 층상 구조가 제1 전극 (51)과 제2 전극 (53) 사이에 샌드위치 삽입된 구성을 갖는 실시양태의 적층 압전 소자를 나타낸다. 도 4b에 나타낸 바와 같이, 압전 재료 층의 수 및 내부 전극의 수가 증가할 수 있고, 적층되는 층의 수는 제한되지 않는다. 도 4b에서, 적층 압전 소자는 하기 구성을 갖는다: 9층의 압전 재료 층 (504) 및 8층의 내부 전극 (505)가 교호 적층되고; 이 층상 구조가 제1 전극 (501)과 제2 전극 (503) 사이에 샌드위치 삽입되고; 교호 형성된 내부 전극의 단락을 위해 외부 전극 (506a) 및 (506b)가 제공된다.Fig. 4A shows a case where two layers of
내부 전극 (55) 및 (505) 및 외부 전극 (506a) 및 (506b)가 반드시 압전 재료 층 (54) 및 (504)와 동일한 크기 및 형상을 가질 필요는 없다. 내부 전극 (55) 및 (505) 및 외부 전극 (506a) 및 (506b)는 다수 부분으로 분할될 수 있다.The
내부 전극 (55) 및 (505) 및 외부 전극 (506a) 및 (506b)는 각각 약 5 nm 내지 약 2000 nm의 두께를 갖는 전도성 층으로 구성된다. 이들 전극의 재료는 특별히 제한되지 않고, 압전 소자에 일반적으로 사용되는 재료로부터 선택될 수 있다. 재료의 예는 Ti, Pt, Ta, Ir, Sr, In, Sn, Au, Al, Fe, Cr, Ni, Pd, Ag, 및 Cu 등의 금속 및 금속의 화합물을 포함한다. 내부 전극 (55) 및 (505) 및 외부 전극 (506a) 및 (506b)는 각각 상기 예로부터 선택된 단일 재료, 또는 상기 예로부터 선택된 2종 이상의 재료의 합금으로 형성될 수 있다. 다르게는, 각각의 전극은 상기 예로부터 선택된 2종 이상의 재료의 적층된 층으로 구성될 수 있다. 상이한 전극은 상이한 재료로 형성될 수 있다. 전극 재료가 저렴하기 때문에 내부 전극 (55) 및 (505)가 Ni 및 Cu 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 내부 전극 (55) 및 (505)가 Ni 및 Cu 중 적어도 하나를 포함하도록 형성된 경우, 실시양태의 적층 압전 소자를 환원 분위기에서 소성시킬 수 있다.The
본 발명의 실시양태에 따른 적층 압전 소자에서, 내부 전극은 Ag 및 Pd를 함유할 수 있고, Ag 중량 함량 M1과 Pd 중량 함량 M2의 중량비 M1/M2는 0.25 ≤ M1/M2 ≤ 4.0을 만족할 수 있다. 중량비 M1/M2가 0.25 미만인 경우, 내부 전극의 소성 온도가 증가하고, 이는 바람직하지 않다. 한편, 중량비 M1/M2가 4.0 초과인 경우, 내부 전극이 섬 패턴으로, 즉 면 내에서 불균일한 구성으로 형성되고, 이는 바람직하지 않다. 중량비 M1/M2는 바람직하게는 0.3 ≤ M1/M2 ≤ 3.0이다. In the laminated piezoelectric device according to the embodiment of the present invention, the internal electrode may contain Ag and Pd, and the weight ratio M1 / M2 of the Ag content M1 and the Pd content M2 may satisfy 0.25? M1 / M2? 4.0 . When the weight ratio M1 / M2 is less than 0.25, the firing temperature of the internal electrode increases, which is not preferable. On the other hand, when the weight ratio M1 / M2 is more than 4.0, the internal electrodes are formed in island pattern, that is, in a nonuniform configuration in the surface, which is not preferable. The weight ratio M1 / M2 is preferably 0.3? M1 / M2? 3.0.
도 4b에 기재된 바와 같이, 내부 전극 (505)를 포함하는 다수의 전극 층은 상 내 구동 전압 형성을 목적으로 함께 단락될 수 있다. 예를 들어, 내부 전극 (505), 제1 전극 (501), 및 제2 전극 (503)이 교호 단락된 구성을 이용할 수 있다. 전극 사이의 단락의 구성은 제한되지 않는다. 적층 압전 소자의 측면 상에 단락을 위한 전극 또는 배선을 제공할 수 있거나; 또는 압전 재료 층 (504)를 관통하는 관통-홀을 제공하고, 관통-홀 내에 전도성 재료를 배치하여 전극을 단락시킬 수 있다.As shown in Fig. 4B, a plurality of electrode layers including the
한편, 전술한 압전소자를 기초로 본 발명이 제안하는 암 제거 및 재발방지 방법에 대해 이하에서 설명한다.On the other hand, a method for preventing cancellation and recurrence of cancer proposed by the present invention based on the above-described piezoelectric element will be described below.
일반적으로 암의 발견은 장기의 기본적인 무게와 암이 발생한 장기의 무게를 비교하여, 질량이 많이 나가는 경우, 암이 발생한 것으로 판단하고 있다.In general, the discovery of cancer compares the basic weight of organs with the weights of the organs that have developed cancer, and judges that cancer has occurred if the mass is large.
한편, 암 발생과 관련하여, 통계에 따르면 빈번하게 움직이는 기관에 대해서는 암 발생이 거의 없다는 결과가 있다.On the other hand, with regard to cancer incidence, statistics show that there is little cancer incidence in the frequently moving organs.
즉, 운동이 적은 장기의 경우에는 암이 빈번하게 발생한다.In other words, cancer occurs frequently in organs with little exercise.
이에 반해, 운동이 많은 근육에 대해서는 암이 거의 발생하지 않고 있다.On the other hand, there is little cancer in many muscles with a lot of exercise.
따라서 본 발명에서는 압전소자의 진동을 이용하여 장기 등의 기관을 움직임으로써, 암 발생을 최소화시키는 방법에 대해 제안하고자 한다.Therefore, in the present invention, a method of minimizing the occurrence of cancer by moving an organ such as organs using the vibration of the piezoelectric element is proposed.
특히, 본 발명에서는 압전소자를 구동시키기 위한 전기 신호와 관련하여, 인체에서 자연적으로 유도되는 전기를 이용하는 방법을 제안한다.Particularly, the present invention proposes a method using electricity naturally induced in the human body in connection with an electric signal for driving a piezoelectric element.
또한, 상기에서는 압전 소자를 중심으로 설명하였으나 압전 필름을 통해서도 본 명세서에세 제안하는 내용이 적용될 수 있다.Although the piezoelectric elements have been described above in the above description, the three suggestions in this specification can be applied through the piezoelectric film.
도 5는 본 발명이 제안하는 암 제거 수술을 한 후, 암이 다시 발생하는 것을 압전소자를 이용하여 방지하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.FIG. 5 is a flowchart for explaining a method of preventing occurrence of cancer again using a piezoelectric element after the cancer removal surgery proposed by the present invention.
도 5를 참조하면, 암 제거 수술한 부위에 압전소자를 위치시키는 단계(S110)가 가장 먼저 진행될 수 있다.Referring to FIG. 5, the step S110 of positioning the piezoelectric element in the region where the cancer removal operation is performed may be performed first.
이후, 인체에서 유도되는 전기신호를 이용하여 압전소자가 진동할 수 있다(S120).Thereafter, the piezoelectric element may vibrate using an electrical signal derived from the human body (S120).
압전소자에 적용될 수 있는 재질 및 작동 원리는 도 3 내지 도 4b를 이용하여 전술하였다.Materials and operating principles applicable to piezoelectric devices have been described above with reference to Figures 3 to 4B.
압전소자의 진동을 이용하여 암이 재발하는 것을 방지하는 단계(S130)가 진행될 수 있다.A step S130 of preventing the cancer from recurring using the vibration of the piezoelectric element may be performed.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 압전소자의 진동을 이용하여 암이 이미 발생된 구간에서 암이 퍼져나가는 것을 방지시키는 방법이 제공될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of preventing the cancer from spreading in a section where an arm has already been generated by using the vibration of the piezoelectric element.
즉, 암이 이미 발생한 기관에 대해 진동이 가해지는 경우, 암이 커지는 것이 방지될 수 있고, 본 발명에서는 상기 진동을 압전소자를 이용하여 발생하고자 한다.That is, when vibration is applied to an organ in which cancer has already occurred, it is possible to prevent the cancer from becoming large. In the present invention, the vibration is to be generated by using the piezoelectric element.
도 6은 본 발명이 제안하는 암이 커지는 것을 방지하고, 암 제거 수술을 한 후에 암이 다시 발생하는 것을 압전소자를 이용하여 방지하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.FIG. 6 is a flowchart for explaining a method of preventing cancer from being enlarged proposed by the present invention, and preventing occurrence of cancer again after the cancer removal operation is performed using a piezoelectric element.
도 6을 참조하면, 암이 발생한 부위에 제 1 압전소자를 위치시키는 단계(S210)가 진행된다.Referring to FIG. 6, the step S210 of placing the first piezoelectric element in a region where the arm is formed proceeds.
다음으로, 인체에서 유도되는 전기신호를 이용하여 제 1 압전소자가 진동하는 단계(S220)가 진행된다. Next, a step S220 is performed in which the first piezoelectric element is vibrated using an electric signal derived from the human body.
S220 단계를 통해, 제 1 압전소자의 진동을 이용하여 암이 커지는 것을 방지하는 단계(S230)가 수행된다.Through step S220, the step S230 of preventing the arm from being enlarged by using the vibration of the first piezoelectric element is performed.
이후, 암 제거 수술 이후에 도 5에서 설명한, 제 2 압전소자를 위치시키는 단계(S240), 인체에서 유도되는 전기신호를 이용하여 제 2 압전소자가 진동하는 단계(S250) 및 제 2 압전소자의 진동을 이용하여 암이 재발하는 것을 방지하는 단계(S260)가 수행된다.After the cancer removal operation, a second piezoelectric element (S240) described in FIG. 5 (S240), a step S250 of oscillating the second piezoelectric element using an electrical signal derived from the human body, and a step A step S260 of preventing cancer from recurring using vibration is performed.
따라서 본 발명이 제안하는 발명이 적용되는 경우, 이미 발생한 암이 확장되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 암 제거 수술 이후에 당해 기관에서 암이 재발하는 것을 방지하는 효과까지 제공될 수 있다.Therefore, when the invention proposed by the present invention is applied, it is possible not only to prevent the cancer that has already occurred from being expanded, but also to prevent cancer from recurring in the organ after the cancer removal surgery.
상기에서는 본 발명이 제안하는 방법을 기준으로 설명하였으나 본 발명의 내용이 이에 제한되는 것은 아니고, 장치를 통해 당해 방법이 환자에게 제공될 수 있는 것은 자명하다.While the present invention has been described with reference to the above-mentioned method, it is obvious that the present invention is not limited thereto and that the method can be provided to the patient through the apparatus.
한편, 본 발명에 따른 압전소자는 유기물 강유전 물질로 구성되어 그 효과를 극대화 시킬 수 있다.Meanwhile, the piezoelectric device according to the present invention is composed of an organic ferroelectric material and can maximize its effect.
이하에서는, 이에 대해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, this will be described in detail.
현재 강유전 특성을 나타내는 물질로서는 다양한 것이 알려져 있다. 이들 물질로서는 크게 무기물과 유기물로 구분된다. 무기물 강유전체로서는 산화물 강유전체, BMF(BaMgF4) 등의 불화물 강유전체, 강유전체 반도체 등이 있고, 유기물 강유전체로서는 고분자 강유전체가 있다.A variety of materials are currently known which exhibit ferroelectric properties. These materials are largely divided into inorganic and organic materials. Examples of the inorganic ferroelectric substance include an oxide ferroelectric substance, a fluoride ferroelectric substance such as BMF (BaMgF4), a ferroelectric semiconductor, and the like, and the organic ferroelectric substance is a polymeric ferroelectric substance.
상기, 산화물 강유전체로서는 예컨대 PZT(PbZrxTi1-xO3), BaTiO3, PbTiO3 등의 페로브스카이트(Perovskite) 강유전체, LiNbO3, LiTaO3 등의 수도 일메나이트(Pseudo-ilmenite) 강유전체, PbNb3O6, Ba2NaNb5O15 등의 텅스텐-청동(TB) 강유전체, SBT(SrBi2Ta2O9), BLT((Bi,La)4Ti3O12), Bi4Ti3O12 등의 비스무스 층구조의 강유전체 및 La2Ti2O7 등의 파이로클로어(Pyrochlore) 강유전체와 이들 강유전체의 고용체(固溶體)를 비롯하여 Y, Er, Ho, Tm, Yb, Lu 등의 희토류 원소(R)를 포함하는 RMnO3과 PGO(Pb5Ge3O11), BFO(BiFeO3) 등이 있다.Examples of the oxide ferroelectric material include perovskite ferroelectric materials such as PZT (PbZrxTi1-xO3), BaTiO3, and PbTiO3, pseudo-ilmenite ferroelectric materials such as LiNbO3 and LiTaO3, tungsten-bronze materials such as PbNb3O6 and Ba2NaNb5O15 (TB) ferroelectric, SBT (SrBi2Ta2O9), BLT ((Bi, La) 4Ti3O12), Bi4Ti3O12, and pyrochlore ferroelectrics such as La2Ti2O7, and solid solutions of these ferroelectrics, And Pb5Ge3O11, and BFO (BiFeO3), which contain rare earth elements (R) such as Y, Er, Ho, Tm, Yb and Lu.
또한, 상기 강유전체 반도체로서는 CdZnTe, CdZnS, CdZnSe, CdMnS, CdFeS, CdMnSe 및 CdFeSe 등의 2-6족 화합물이 있다.Examples of the ferroelectric semiconductor include CdZnTe, CdZnS, CdZnSe, CdMnS, CdFeS, CdMnSe, and CdFeSe.
또한, 상기 고분자 강유전체로서는 예컨대 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF)나, 이 PVDF를 포함하는 중합체, 공중합체, 또는 삼원공중합체가 포함되고, 그 밖에 홀수의 나일론, 시아노중합체 및 이들의 중합체나 공중합체 등이 포함된다.Examples of the polymeric ferroelectric material include polyvinylidene fluoride (PVDF), a polymer, a copolymer or a terpolymer containing the PVDF, and an odd number of nylon, a cyano polymer, Coalescence and so on.
일반적으로 산화물 강유전체, 불화물 강유전체 및 강유전체 반도체 등의 무기물 강유전체는 유기물 강유전체에 비하여 유전률이 매우 높다. 따라서, 현재 일반적으로 제안되고 있는 압전소자나 초전소자, 강유전성 전계효과 트랜지스터, 강유전체 메모리 등의 경우에는 강유전체층의 재료로서 무기물 강유전체를 채용하고 있다.In general, an inorganic ferroelectric such as an oxide ferroelectric, a fluoride ferroelectric, and a ferroelectric semiconductor has a much higher dielectric constant than an organic ferroelectric. Therefore, in the case of piezoelectric elements, superconducting elements, ferroelectric field effect transistors, ferroelectric memories, etc. which are generally proposed, an inorganic ferroelectric is employed as a material of the ferroelectric layer.
그러나, 상기한 무기물 강유전체의 경우에는 이를 기판상에 형성할 때 예컨대 500도 이상의 고온처리가 요구된다. 따라서, 강유전체층을 실리콘 기판상에 형성하게 되면 상술한 바와 같이 고온 공정에서 Pb, Bi와 같은 원소가 실리콘 기판에 확산되는 문제가 발생하게 된다.However, in the case of the inorganic ferroelectric substance described above, a high temperature treatment of, for example, 500 degrees or more is required when forming the inorganic ferroelectric substance on a substrate. Therefore, when the ferroelectric layer is formed on the silicon substrate, there arises a problem that elements such as Pb and Bi diffuse into the silicon substrate in the high-temperature process as described above.
한편, 유기물 강유전 물질의 경우에는 형성온도가 매우 낮은 반면에 유전율이 무기물 강유전 물질에 비해서 낮다. 따라서, 유전율이 높으면서도 그 형성온도가 낮은 강유전 물질이 요구된다.On the other hand, in the case of the organic ferroelectric material, the formation temperature is very low, while the dielectric constant is lower than that of the inorganic ferroelectric material. Therefore, a ferroelectric material having a high dielectric constant and a low formation temperature is required.
이에, 본 발명자는 강유전 무기물과 강유전 유기물을 혼합한 혼합물을 강유전 물질로 이용하는 방안에 대하여 연구한 바 있다.Accordingly, the present inventors have studied a method of using a mixture of a ferroelectric inorganic material and a ferroelectric organic material as a ferroelectric material.
도 7a 내지 도 13은 본 발명에 따른 강유전 물질의 전압에 따른 용량 특성과 관련된 특성 그래프의 일례를 도시한 것이다.FIGS. 7A to 13 illustrate an example of a characteristic graph related to a capacitance characteristic according to a voltage of a ferroelectric substance according to the present invention.
예컨대 PZT(PbZrxTi1-xO3)와 유기물 강유전 물질로서 예컨대 PVDFTrFE를 일정 비율로 혼합하여 강유전체층을 형성한 후, 그 분극특성을 측정한 그래프이다.For example, PZT (PbZrxTi1-xO3) and an organic ferroelectric material such as PVDFTrFE at a predetermined ratio to form a ferroelectric layer and measure the polarization characteristics thereof.
도 7a 내지 도 13에서 도 7은 PZT와 PVDF-TrFE의 혼합비를 1:1, 도 8은 PZT와 PVDF-TrFE의 혼합비를 2:1, 도 9는 PZT와 PVDF-TrFE의 혼합비를 3:1로 한 것이고, 도 10은 PVDF-TrFE의 혼합비를 1:2, 도 11은 PVDF-TrFE의 혼합비를 1:3으로 한 경우의 분극특성을 나타낸 것이다.FIGS. 7A to 13 and FIGS. 7A to 7 show the mixing ratio of PZT and PVDF-TrFE to 1: 1, FIG. 8 shows a mixing ratio of PZT and PVDF-TrFE to 2: 1, 10 shows the polarization characteristics when the mixing ratio of PVDF-TrFE is 1: 2 and the mixing ratio of PVDF-TrFE is 1: 3.
또한, 도 7a, 도 8a 및 도 9a는 강유전체층의 막두께를 50㎚, 도 7b, 도 8b, 도 9b, 도 10 및 도 11은 강유전체층의 막두께를 75㎚, 도 7c는 강유전체층의 막두께를 100㎚로 한 경우를 나타낸다.7A, 8A, and 9A show that the thickness of the ferroelectric layer is 50 nm, and FIGS. 7B, 8B, 9B, 10, and 11 show the thickness of the ferroelectric layer of 75 nm, And the film thickness is 100 nm.
또한, 도 7 내지 도 11에서 A로 표시한 특성 그래프는 강유전체층의 형성온도를 190도, B로 표시한 것은 강유전체층의 형성온도를 170도, C로 표시한 것은 강유전체층의 형성온도를 150도로 한 경우를 나타낸 것이다.7 to 11, the formation temperature of the ferroelectric layer is shown to be 190 degrees, and the formation temperature of the ferroelectric layer is indicated by B in the case where the formation temperature of the ferroelectric layer is 170 degrees. Road.
상기한 강유전 물질은 무기물 강유전 물질과 유기물 강유전 물질을 혼합함에 따라 강유전체층을 형성하기 위한 온도가 종래에 비해 대폭 낮아지게 된다. 그러나, 유전율이 높은 무기물에 대하여 유전율이 낮은 유기물을 혼합함에 따라 강유전 물질의 전체적인 유전율은 종래의 무기물 강유전 물질에 비해 낮아지게 된다.In the ferroelectric material, the temperature for forming the ferroelectric layer is significantly lowered when the inorganic ferroelectric material and the organic ferroelectric material are mixed. However, as the organic material having a low dielectric constant is mixed with the inorganic material having a high dielectric constant, the overall dielectric constant of the ferroelectric material becomes lower than that of the conventional inorganic ferroelectric material.
따라서, 상기한 강유전 물질을 고유전율이 요구되는 장치에 적용하기에 적절하지 않을 수 있다.Therefore, the above ferroelectric substance may not be suitable for application to a device requiring a high dielectric constant.
한편, 본 발명자는 무기물 강유전 물질에 대하여 금속을 혼합하여 그 특성을 측정해 본 바 있다. 그 측정결과에 따르면 무기물 강유전 물질에 대하여 금속을 혼합하게 되면 금속의 종류와 그 혼합 비율에 따라 강유전 물질의 자발분극값이 변동된다는 것이 확인되었다.On the other hand, the present inventors have measured the properties of inorganic ferroelectric materials by mixing them with metals. According to the measurement results, it was confirmed that when the metal is mixed with the inorganic ferroelectric material, the spontaneous polarization value of the ferroelectric material varies depending on the kind of the metal and the mixing ratio thereof.
도 12는 현재 무기물 강유전 물질로서 가장 많이 사용되고 있는 PZT에 대하여 예컨대 철(Fe), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)을 일정 비율 혼합한 경우의 분극 특성을 나타낸 그래프이고, 도 13은 이 경우의 각 혼합 물질의 잔류분극값(2Pr)을 나타낸 그래프이다.FIG. 12 is a graph showing polarization characteristics in the case where Fe, Cu and Al are mixed at a certain ratio with respect to PZT which is currently used as an inorganic ferroelectric material. FIG. And a residual polarization value (2Pr) of each mixed material.
도 12 및 도 13은 PZT에 대하여 금속 물질을 1 중량% 혼합한 후, 그 혼합 물질로 강유전층을 형성하여 측정한 결과이다.FIGS. 12 and 13 show results obtained by mixing 1% by weight of a metal material with respect to PZT and forming a ferroelectric layer using the mixed material.
도 12 및 도 13에서 참조부호 A는 PZT의 분극특성을 나타낸 그래프이고, B는 PZT에 철(Fe)을 혼합한 물질의 분극 특성, C는 PZT에 구리(Cu)를 혼합한 물질의 분극특성, D는 PZT에 알루미늄(Al)을 혼합한 물질의 분극특성을 나타낸 그래프이다.12 and 13, A is a graph showing the polarization characteristics of PZT, B is polarization characteristic of a material in which PZT is mixed with iron (Fe), C is polarization characteristic of a material in which PZT is mixed with copper (Cu) , And D is a graph showing the polarization characteristics of a material in which aluminum (Al) is mixed with PZT.
도 12 및 도 13에서 알 수 있는 바와 같이, PZT에 Fe를 혼합한 강유전 물질의 경우에는 PZT와 마찬가지로 전압의 변화에 따라 양호한 히스테리시스 특성을 가짐과 더불어 PZT에 비하여 대략 2배 이상의 잔류분극값을 나타내고, PZT에 Cu나 Al을 혼합한 강유전 물질의 경우에는 PZT와 마찬가지로 전압의 변화에 따라 양호한 히스테리시스 특성을 가짐과 더불어 PZT에 비하여 낮은 잔류분극값을 나타낸다.As can be seen from FIGS. 12 and 13, the ferroelectric material in which PZT is mixed with Fe has good hysteresis characteristics in accordance with a change in voltage as in the case of PZT, and exhibits a residual polarization value about twice or more as compared with PZT In case of ferroelectric material mixed with PZT and Cu or Al, it has good hysteresis characteristics according to the change of voltage like PZT, and exhibits a lower residual polarization value than PZT.
이에, 본 발명에서는 무기물 강유전 물질에 대하여 금속과 유기물 또는 유기물 강유전 물질을 혼합한 물질을 강유전 물질로 이용한다. 이와 같이 하게 되면, 유기물 또는 유기물 강유전 물질의 혼합에 의해 강유전체층을 형성하기 위한 온도가 대폭 낮아지게 되고, 또한 유기물 또는 유기물 강유전 물질의 혼합에 의해 변동되는 혼합물의 전체적인 잔류분극값을 금속의 혼합을 통해서 보완할 수 있게 된다.Accordingly, in the present invention, a ferroelectric material is used as a material in which a metal, an organic material, or an organic ferroelectric material is mixed with an inorganic ferroelectric material. In this case, the temperature for forming the ferroelectric layer is greatly lowered by the mixing of the organic material or the organic ferroelectric material, and the overall residual polarization value of the mixture, which is changed by mixing the organic material or the organic ferroelectric material, .
여기서 무기물 강유전 물질과 금속 및 유기물 또는 유기물 강유전 물질을 혼합하는 방법으로는 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다.Herein, the following method can be used as a method of mixing the inorganic ferroelectric substance with the metal, organic substance or organic ferroelectric substance.
1. 무기물과 금속 및 유기물 파우더를 혼합한 후, 이를 용매에 녹여서 혼합 용액을 생성.1. Mix inorganic and metallic and organic powders and dissolve them in solvent to create mixed solution.
2. 무기물 용액에 금속 및 유기물 파우더를 용해시켜 혼합 용액을 생성.2. Dissolve metal and organic powder in mineral solution to create mixed solution.
3. 유기물 용액에 금속 및 무기물 파우더를 용해시켜 혼합 용액을 생성.3. Dissolve metal and inorganic powders in organic solution to create mixed solution.
4. 무기물 용액과 금속 용액 및 유기물 용액을 혼합하여 혼합 용액을 생성.4. Mixture of mineral solution with metal solution and organic solution to form mixed solution.
또한, 무기물 강유전 물질과 금속 및 유기물을 혼합하는 방식에 있어서도 다음과 같은 방식을 채용하는 것이 가능하다.Also, in the method of mixing the inorganic ferroelectric material with the metal and the organic material, it is possible to employ the following method.
1. 강유전 무기물 및 금속과 유기물을 혼합.1. Ferroelectric minerals and metals and organic materials.
2. 강유전 무기물 및 금속과 강유전 유기물을 혼합.2. Mix ferroelectric minerals and metals and ferroelectric organic matter.
3. 강유전 무기물의 고용체 및 금속과 유기물을 혼합.3. Ferroelectric solid solution and mixed metal and organic matter.
4. 강유전 무기물의 고용체 및 금속과 강유전 유기물을 혼합.4. Mix ferroelectric solid solution and metal and ferroelectric organic matter.
물론, 여기서 상기 무기물 및 금속과 유기물의 혼합 방법 및 방식은 특정한 것에 한정되지 않고, 무기물과 유기물을 적절하게 혼합할 수 있는 어떤 임의의 방법을 채용할 수 있다.Of course, the mixing method and the method of mixing the inorganic material and the metal with the organic material are not limited to a specific one, and any arbitrary method capable of appropriately mixing the inorganic material and the organic material can be employed.
또한, 상기 강유전 무기물 및 금속과 혼합되는 유기물로서는 일반적인 모노머(monomer), 올리고머(oligomer), 폴리머(polymer), 코폴리머(copolymer), 바람직하게는 유전율이 높은 유기물 재료가 사용될 수 있다.As the organic material mixed with the ferroelectric inorganic material and the metal, a general monomer, an oligomer, a polymer, a copolymer, and an organic material having a high dielectric constant may be used.
이들 재료로서는 예컨대 PVP(polyvinyl pyrrolidone), PC(poly carbonate), PVC(polyvinyl chloride), PS(polystyrene), 에폭시(epoxy), PMMA(polymethyl methacrylate), PI(polyimide), PE(polyehylene), PVA(polyvinyl alcohol), 나일론 66(polyhezamethylene adipamide), PEKK(polytherketoneketone) 등이 있다.These materials include, for example, polyvinyl pyrrolidone (PVP), polycarbonate (PC), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), epoxy, polymethyl methacrylate (PMMA), polyimide polyvinyl alcohol, nylon 66, and polyketone ketone (PEKK).
또한, 상기 유기물로서는 불화 파라-자일렌(fluorinated para-xylene), 플루오로폴리아릴에테르(fluoropolyarylether), 불화 폴리이미드(fluorinated polyimide), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리(α-메틸 스티렌)(poly(α-methyl styrene)), 폴리(α-비닐나프탈렌)(poly(α-vinylnaphthalene)), 폴리(비닐톨루엔)(poly(vinyltoluene)), 폴리에틸렌(polyethylene), 시스-폴리부타디엔(cis-polybutadiene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리이소프렌(polyisoprene), 폴리(4-메틸-1-펜텐)(poly(4-methyl-1-pentene)), 폴리(테트라플루오로에틸렌)(poly(tetrafluoroethylene)), 폴리(클로로트리플루오로에틸렌)(poly(chlorotrifluoroethylene), 폴리(2-메틸-1,3-부타디엔)(poly(2-methyl-1,3-butadiene)), 폴리(p-크실릴렌)(poly(p-xylylene)), 폴리(α-α-α'-α'-테트라플루오로-p-크실릴렌)(poly(α-α-α'-α'-tetrafluorop-xylylene)), 폴리[1,1-(2-메틸 프로판)비스(4-페닐)카보네이트](poly[1,1-(2-methyl propane)bis(4-phenyl)carbonate]), 폴리(시클로헥실 메타크릴레이트)(poly(cyclohexyl methacrylate)), 폴리(클로로스티렌)(poly(chlorostyrene)), 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌 에테르)(poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene ether)), 폴리이소부틸렌(polyisobutylene), 폴리(비닐 시클로헥산)(poly(vinyl cyclohexane)), 폴리(아릴렌 에테르)(poly(arylene ether)) 및 폴리페닐렌(polyphenylene) 등의 비극성 유기물이나, 폴리(에틸렌/테트라플루오로에틸렌)(poly(ethylene/tetrafluoroethylene)), 리(에틸렌/클로로트리플루오로에틸렌)(poly(ethylene/chlorotrifluoroethylene)), 불화 에틸렌/프로필렌 코폴리머(fluorinated ethylene/propylene copolymer), 폴리스티렌-코-α-메틸 스티렌(polystyrene-co-α-methyl styrene), 에틸렌/에틸 아크릴레이트 코폴리머(ethylene/ethyl acrylate copolymer), 폴리(스티렌/10%부타디엔)(poly(styrene/10%butadiene), 폴리(스티렌/15%부타디엔)(poly(styrene/15%butadiene), 폴리(스티렌/2,4-디메틸스티렌)(poly(styrene/2,4-dimethylstyrene), Cytop, Teflon AF, 폴리프로필렌-코-1-부텐(polypropyleneco-1-butene) 등의 저유전율 코폴리머 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic material include fluorinated para-xylene, fluoropolyarylether, fluorinated polyimide, polystyrene, poly (? - methylstyrene) poly (vinyltoluene), polyethylene, cis-polybutadiene, poly (vinylidene fluoride), poly (vinylidene fluoride) Polypropylene, polyisoprene, poly (4-methyl-1-pentene), poly (tetrafluoroethylene), poly (Chlorotrifluoroethylene), poly (2-methyl-1,3-butadiene), poly (p-xylylene) p-xylylene), poly (? -? -? '-?' - tetrafluorop-xylylene), poly [ , 1- (2-methylpropane) bis (4-phenyl) carbonate] (poly [1,1- 2-methyl propane) bis (4-phenyl) carbonate], poly (cyclohexyl methacrylate), poly (chlorostyrene) Poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene ether), polyisobutylene, poly (vinyl cyclohexane), poly (Ethylene / tetrafluoroethylene), poly (ethylene / tetrafluoroethylene), poly (ethylene / chlorotrifluoroethylene), poly (arylene ether) and polyphenylene, (Ethylene / chlorotrifluoroethylene), fluorinated ethylene / propylene copolymer, polystyrene-co-a-methyl styrene, ethylene / ethyl acrylate (Ethylene / ethyl acrylate copolymer), poly (styrene / 10% butadiene), poly (styrene / 15% butadiene) (poly poly (styrene / 2,4-dimethylstyrene), Cytop, Teflon AF, polypropyleneco-1-butene, And the like may be used.
그리고, 그 밖에 폴리아센(polyacene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리(페닐렌 비닐렌) (poly(phenylene vinylene)), 폴리플루오렌(polyfluorene)과 같은 공액 탄화수소 폴리머, 및 그러한 공액 탄화수소의 올리고머; 안트라센(anthracene), 테트라센(tetracene), 크리센(chrysene), 펜타센(pentacene), 피렌(pyrene), 페릴렌(perylene), 코로넨(coronene)과 같은 축합 방향족 탄화수소 (condensed aromatic hydrocarbons); p-쿼터페닐(p-quaterphenyl)(p-4P), p-퀸쿼페닐(p-quinquephenyl)(p-5P), p-섹시페닐(p-sexiphenyl)(p-6P)과 같은 올리고머성 파라 치환 페닐렌 (oligomeric para substituted phenylenes); 폴리(3-치환 티오펜) (poly(3-substituted thiophene)), 폴리(3,4-이치환 티오펜) (poly(3,4-bisubstituted thiophene)), 폴리벤조티오펜(polybenzothiophene)), 폴리이소티아나프텐 (polyisothianaphthene), 폴리(N-치환 피롤) (poly(N-substituted pyrrole)), 폴리(3-치환 피롤) (poly(3-substituted pyrrole)), 폴리(3,4-이치환 피롤) (poly(3,4-bisubstituted pyrrole)), 폴리퓨란(polyfuran), 폴리피리딘(polypyridine), 폴리-1,3,4-옥사디아졸 (poly-1,3,4-oxadiazoles), 폴리이소티아나프텐(polyisothianaphthene), 폴리(N-치환 아닐린) (poly(N-substituted aniline)), 폴리(2-치환 아닐린) (poly(2-substituted aniline)), 폴리(3-치환 아닐린) (poly(3-substituted aniline)), 폴리(2,3-치환 아닐린) (poly(2,3-bisubstituted aniline)), 폴리아줄렌 (polyazulene), 폴리피렌(polypyrene)과 같은 공액 헤테로고리형 폴리머; 피라졸린 화합물 (pyrazoline compounds); 폴리셀레노펜(polyselenophene); 폴리벤조퓨란 (polybenzofuran); 폴리인돌 (polyindole); 폴리피리다진 (polypyridazine); 메탈로- 또는 메탈-프리 포르핀 (substituted metallo- or metal-free porphines), 프탈로시아닌(phthalocyanines), 플루오로프탈로시아닌 (fluorophthalocyanines), 나프탈로시아닌 (naphthalocyanines) 또는 플루오로나프탈로시아닌 (fluoronaphthalocyanines); C60 및 C70 풀러렌(fullerenes); N,N'-디알킬, 치환된 디알킬, 디아릴 또는 치환된 디아릴-1,4,5,8-나프탈렌테트라카르복실릭 디이미드 (N,N'-dialkyl, substituted ㅣialkyl, diaryl or substituted diaryl-1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic diimide) 및 불화 유도체; N,N'-디알킬, 치환된 디알킬, 디아릴 또는 치환된 디아릴 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실릭 디이미드 (N,N'-dialkyl, substituted dialkyl, diaryl or substituted diaryl 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic diimide); 배쏘페난쓰롤린 (bathophenanthroline); 디페노퀴논 (diphenoquinones); 1,3,4-옥사디아졸 (1,3,4-oxadiazoles); 11,11,12,12-테트라시아노나프토-2,6-퀴노디메탄 (11,11,12,12-tetracyanonaptho-2,6-quinodimethane); α,α'-비스(디티에노[3,2-b2',3'-d]티오펜) (α,α'-bis(dithieno[3,2-b2',3'-d]thiophene)); 2,8-디알킬, 치환된 디알킬, 디아릴 또는 치환된 디아릴 안트라디티오펜 (2,8-dialkyl, substituted dialkyl, diaryl or substituted diaryl anthradithiophene); 2,2'-비벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜 (2,2'-bibenzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene) 등의 유기 반-전도성(semi-conducting) 재료나 이들의 화합물, 올리고머 및 화합물 유도체 등이 사용될 수 있다.In addition, other conjugated hydrocarbon polymers such as polyacene, polyphenylene, poly (phenylene vinylene), and polyfluorene, and oligomers of such conjugated hydrocarbons ; Condensed aromatic hydrocarbons such as anthracene, tetracene, chrysene, pentacene, pyrene, perylene, and coronene; oligomeric para-substitution such as p-quaterphenyl (p-4P), p-quinquephenyl (p-5P), p-sexiphenyl Oligomeric para substituted phenylenes; Poly (3-substituted thiophene), poly (3,4-bisubstituted thiophene), polybenzothiophene), poly But are not limited to, polyisothianaphthene, poly (N-substituted pyrrole), poly (3-substituted pyrrole), poly (3,4- poly (3,4-bisubstituted pyrrole), polyfuran, polypyridine, poly-1,3,4-oxadiazoles, Poly (2-substituted aniline), poly (3-substituted aniline) (poly (N-substituted aniline) (3-substituted aniline), poly (2,3-bisubstituted aniline), polyazulene, polypyrene, and the like; Pyrazoline compounds; Polyselenophene; Polybenzofuran; Polyindole; Polypyridazine; Substituted metal-or-metal-free porphines, phthalocyanines, fluorophthalocyanines, naphthalocyanines or fluoronaphthalocyanines; C60 and C70 fullerenes; Substituted dialkyl, diaryl or substituted diaryl-1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic diimide (N, N'-dialkyl, substituted ialkyl, diaryl or substituted diaryl-1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic diimide) and fluorinated derivatives thereof; N, N'-dialkyl, substituted dialkyl, diaryl or substituted diaryl 3,4,9,10-perylene tetracarboxylic diimide (N, N'-dialkyl, substituted dialkyl, diaryl or substituted diaryl 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic diimide); Bathophenanthroline; Diphenoquinones; 1,3,4-oxadiazoles; 11,11,12,12-tetracyanonaptho-2,6-quinodimethane; α, α'-bis (dithieno [3,2-b2 ', 3'-d] thiophene) ); Dialkyl, substituted dialkyl, diaryl or substituted diaryl anthradithiophene); a substituted or unsubstituted dialkyl, substituted or unsubstituted dialkyl; Bibenzo [1,2-b: 4,5-b '] dithiophene) and the like, Semi-conducting materials, compounds thereof, oligomers and compound derivatives, and the like can be used.
상기한 방식에서 무기물에 대한 금속과 유기물의 혼합비는 필요에 따라 적절하게 설정하는 것이 가능하다. 만일 유기물의 혼합비가 높아지게 되면 혼합물의 유전율은 낮아지는 반면에 형성온도가 낮아지게 되고, 유기물의 혼합비가 낮아지게 되면 혼합물의 유전율은 높아지는 반면에 형성온도가 높아지게 된다.In the above-described method, the mixing ratio of the metal and the organic material to the inorganic material can be appropriately set as needed. If the mixing ratio of the organic material is increased, the permittivity of the mixture is lowered while the formation temperature is lowered. When the mixing ratio of the organic material is lowered, the permittivity of the mixture is increased while the formation temperature is higher.
본 발명에 따른 강유전 물질은 다음과 같은 특성을 갖는다.The ferroelectric material according to the present invention has the following characteristics.
1. 무기물과 금속 및 유기물의 혼합 용액을 이용하여 강유전체층을 형성하게 되므로, 잉크젯, 스핀코팅법 또는 스크린 인쇄 등을 이용하여 용이하게 강유전체층을 형성할 수 있게 된다.1. Since a ferroelectric layer is formed using a mixed solution of an inorganic material and a metal and an organic material, the ferroelectric layer can be easily formed using inkjet, spin coating, screen printing or the like.
2. 강유전체층의 형성온도가 낮아지게 되므로 실리콘 기판상에 데이터 유지특성이 우수한 강유전체층을 형성할 수 있게 된다.2. Since the formation temperature of the ferroelectric layer is lowered, a ferroelectric layer having excellent data retention characteristics can be formed on the silicon substrate.
3. 강유전체층의 형성온도가 낮아지게 되므로 압전소자, 초전소자, 전계효과 트랜지스터, 강유전체 메모리를 기존의 실리콘 기판 대신에 유기물이나 종이 등과 같은 다양한 종류의 기판 상에 형성할 수 있게 된다.3. Since the formation temperature of the ferroelectric layer is lowered, piezoelectric elements, superconducting elements, field effect transistors, and ferroelectric memories can be formed on various types of substrates such as organic materials and paper instead of conventional silicon substrates.
본 발명에 따른 강유전 물질은 그 형성 온도가 낮기 때문에 기판으로서 기존의 Si, Ge 웨이퍼를 비롯하여, 종이, 파릴렌(Parylene) 등의 코딩재가 도포된 종이, 또는 유연성을 갖는 플라스틱 등의 유기물을 이용할 수 있다. 또한, 이때 이용가능한 유기물로서는 폴리이미드(PI), 폴리카보네이트(PC), 폴리에테르설폰(PES), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 에틸렌 공중합체, 폴리프로필렌(PP), 프로필렌 공중합체, 폴리(4-메틸-1-펜텐)(TPX), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리아세탈(POM), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리설폰(PSF), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리초산비닐(PVAC), 폴리비닐알콜(PVAL), 폴리비닐아세탈, 폴리스티렌(PS), AS수지, ABS수지, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 불소수지, 페놀수지(PF), 멜라민수지(MF), 우레아수지(UF), 불포화폴리에스테르(UP), 에폭시수지(EP), 디알릴프탈레이트수지(DAP), 폴리우레탄(PUR), 폴리아미드(PA), 실리콘수지(SI) 또는 이것들의 혼합물 및 화합물을 이용할 수 있다.Since the ferroelectric material according to the present invention has a low formation temperature, it is possible to use an organic material such as paper, paper coated with a coding material such as parylene or flexible plastic, as well as conventional Si and Ge wafers as a substrate have. Examples of organic materials that can be used at this time include polyimide (PI), polycarbonate (PC), polyethersulfone (PES), polyetheretherketone (PEEK), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PE), ethylene copolymer, polypropylene (PP), propylene copolymer, poly (4-methyl-1-pentene) (TPX), polyarylate (PAR), polyacetal (POM), polyphenylene oxide (PPO), polysulfone (PSF), polyphenylene sulfide (PPS), polyvinylidene chloride (PVDC), polyvinyl acetate (PVAC), polyvinyl alcohol (PM), a fluororesin, a phenol resin (PF), a melamine resin (MF), a urea resin (UF), an unsaturated polyester (UP), an epoxy resin (EP), diallyl phthalate resin (DAP), polyurethane (PUR), polyamide (PA), silicone resin (SI) The can be used.
상기한 바와 같이 종래의 무기물 강유전 물질의 경우에는 그 형성온도가 높기 때문에 이를 실리콘 기판상에 형성할 때 여러가지 문제가 발생하게 된다. 이에 반하여, 본 발명에 따른 무기물 강유전 물질과 금속 및 유기물의 혼합물질의 경우에는 예컨대 200도 이하의 저온에서 형성할 수 있게 된다.As described above, since the conventional inorganic ferroelectric material has a high formation temperature, various problems occur when the inorganic ferroelectric material is formed on a silicon substrate. On the other hand, in the case of the mixed material of the inorganic ferroelectric material and the metal and the organic material according to the present invention, it can be formed at a low temperature of, for example, 200 degrees or less.
또한, 무기물 강유전 물질과 금속 및 유기물의 혼합 용액을 잉크젯, 스핀코팅법 또는 스크린 인쇄 등을 이용하여 형성할 수 있게 되므로, 강유전체층을 예컨대 1㎛ 이하의 두께로 형성할 수 있게 된다. 강유전체층의 두께가 얇아지게 되면 강유전체층을 분극화시키기 위한 전압이 매우 낮아지게 된다. 이는 본 발명에 따른 강유전 물질을 이용하게 되면 매우 저전압에서 동작할 수 있는 전자 및 전기 소자를 제작할 수 있다는 것을 의미한다.Further, since the mixed solution of the inorganic ferroelectric material and the metal and the organic material can be formed by inkjet, spin coating, screen printing or the like, the ferroelectric layer can be formed to a thickness of 1 탆 or less, for example. When the thickness of the ferroelectric layer becomes thin, the voltage for polarizing the ferroelectric layer becomes very low. This means that the use of the ferroelectric material according to the present invention makes it possible to fabricate electronic and electric devices capable of operating at a very low voltage.
전술한 유기물 강유전 물질에 의해 본 발명이 제안하는 압전소자가 제조될 수 있다.
The piezoelectric element proposed by the present invention can be manufactured by the above-described organic ferroelectric substance.
한편, 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.The present invention can also be embodied as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the computer-readable recording medium include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like, and may be implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission over the Internet) . In addition, the computer-readable recording medium may be distributed over network-connected computer systems so that computer readable codes can be stored and executed in a distributed manner. In addition, functional programs, codes, and code segments for implementing the present invention can be easily inferred by programmers of the technical field to which the present invention belongs.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.It should be noted that the above-described apparatus and method are not limited to the configurations and methods of the embodiments described above, but the embodiments may be modified so that all or some of the embodiments are selectively combined .
Claims (27)
상기 압전소자는, 상기 암세포 제거 수술한 객체의 적어도 일부에 위치하고, 인체에서 유도되는 전기신호를 이용하여 진동하며,
상기 진동을 이용하여 상기 제거된 암이 재발하는 것이 방지되고,
상기 압전소자는 무기물 강유전 물질과 금속 및 유기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는, 압전소자.In a piezoelectric element used for preventing recurrence of cancer cells,
The piezoelectric element is located at least in a part of the object that has undergone cancer cell removal surgery, and vibrates using an electric signal derived from a human body.
The removed arm is prevented from recurring by using the vibration,
Wherein the piezoelectric element is composed of a mixture of an inorganic ferroelectric material and a metal and an organic material.
상기 무기물 강유전 물질이 산화물 강유전체, 불화물 강유전체, 강유전체 반도체나 이들 무기물의 혼합물 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 압전소자.The method according to claim 1,
Wherein the inorganic ferroelectric material includes at least one of an oxide ferroelectric, a fluoride ferroelectric, a ferroelectric semiconductor, and a mixture of these inorganic materials.
상기 무기물 강유전 물질이 PZT인 것을 특징으로 하는, 압전소자.The method according to claim 1,
Wherein the inorganic ferroelectric material is PZT.
상기 유기물이 고분자 강유전체인 것을 특징으로 하는, 압전소자.The method according to claim 1,
Wherein the organic material is a polymeric ferroelectric material.
상기 고분자 강유전체가 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), PVDF를 포함하는 중합체, PVDF를 포함하는 공중합체, PVDF를 포함하는 삼원공중합체, 홀수의 나일론, 시아노중합체 및 이들의 중합체나 공중합체 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 압전소자.5. The method of claim 4,
Wherein the polymeric ferroelectric is selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), a polymer comprising PVDF, a copolymer comprising PVDF, a terpolymer comprising PVDF, an odd number of nylons, a cyano polymer and polymers or copolymers thereof And at least one piezoelectric element.
상기 강유전 물질이 강유전체 트랜지스터 또는 강유전체 메모리의 재료로서 사용되는 것을 특징으로 하는, 압전소자.The method according to claim 1,
Wherein the ferroelectric material is used as a material of a ferroelectric transistor or a ferroelectric memory.
상기 압전소자는,
하기 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트형 금속 산화물을 함유하는 주성분;
제1 부성분으로서의 Mn;
제2 부성분으로서의 Li; 및
제3 부성분으로서의 Bi를 포함하며,
상기 Mn 함량은 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.04 중량부 이상 0.36 중량부 이하이고, Li 함량 α는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.0013 중량부 이상 0.0280 중량부 이하이고, Bi 함량 β는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.042 중량부 이상 0.850 중량부 이하이고, 함량 α 및 β는 0.5 ≤ (α·MB)/(β·ML) ≤ 1 (여기서, ML은 Li의 원자량을 나타내고, MB는 Bi의 원자량을 나타냄)을 만족하는 것인 압전소자.
<화학식 1>
(Ba1-xCax)a(Ti1-y-zZrySnz)O3
(여기서, x, y, z, 및 a는 0.09 ≤ x ≤ 0.30, 0.025 ≤ y ≤ 0.074, 0 ≤ z ≤ 0.02, 및 0.986 ≤ a ≤ 1.02를 만족함)The method according to claim 1,
The piezoelectric element includes:
A main component containing a perovskite-type metal oxide represented by the following formula (1);
Mn as the first subcomponent;
Li as the second subcomponent; And
Bi as the third subcomponent,
The Mn content is 0.04 part by weight or more and 0.36 part by weight or less in terms of metal based on 100 parts by weight of the metal oxide, and the Li content? Is 0.0013 part by weight or more and 0.0280 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the metal oxide, beta is not less than 0.042 part by weight and not more than 0.850 part by weight in terms of metal with respect to 100 parts by weight of the metal oxide and the contents of alpha and beta are 0.5? (? MB) / (? ML)? 1 , And MB represents the atomic weight of Bi).
≪ Formula 1 >
(Ba1-xCax) a (Ti1-y-zZrSnz) O3
(Where x, y, z, and a satisfy 0.09? X? 0.30, 0.025? Y? 0.074, 0? Z? 0.02, and 0.986? A? 1.02)
Si 및 B 중 하나 이상을 함유하는 제4 부성분을 추가로 포함하며, 여기서 제4 부성분의 함량은 화학식 1로 표시되는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.001 중량부 이상 4.000 중량부 이하인 압전소자.8. The method of claim 7,
Si, and B, wherein the content of the fourth subcomponent is 0.001 to 4.000 parts by weight, calculated as metal, based on 100 parts by weight of the metal oxide represented by the general formula (1) .
α 및 β가 0.19 < 2.15α + 1.11β < 1을 만족하는 것인 압전소자.9. The method according to claim 7 or 8,
and? and? satisfy 0.19 < 2.15? + 1.11? <1.
화학식 1에서 x, y, 및 z가 y + z ≤ (11x/14) - 0.037을 만족하는 것인 압전소자.9. The method according to claim 7 or 8,
Wherein x, y, and z in the formula (1) satisfy y + z? (11x / 14) - 0.037.
-60℃ 이상 100℃ 이하의 온도 범위에서 상 전이가 일어나지 않는 압전소자.9. The method according to claim 7 or 8,
And the phase transition does not occur in a temperature range of -60 deg. C to 100 deg.
상기 압전소자는, 상기 암세포가 발생한 객체의 적어도 일부에 위치하고, 인체에서 유도되는 전기신호를 이용하여 진동하며,
상기 압전소자의 진동을 이용하여 상기 암세포의 발생이 억제되며,
상기 압전소자는 무기물 강유전 물질과 금속 및 유기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는, 압전소자.In a piezoelectric element used for inhibiting the generation of cancer cells
The piezoelectric element is located at least a part of an object where the cancer cells are generated, and vibrates using an electric signal induced in the human body,
Generation of the cancer cells is suppressed by using the vibration of the piezoelectric element,
Wherein the piezoelectric element is composed of a mixture of an inorganic ferroelectric material and a metal and an organic material.
상기 무기물 강유전 물질이 산화물 강유전체, 불화물 강유전체, 강유전체 반도체나 이들 무기물의 혼합물 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 압전소자.13. The method of claim 12,
Wherein the inorganic ferroelectric material includes at least one of an oxide ferroelectric, a fluoride ferroelectric, a ferroelectric semiconductor, and a mixture of these inorganic materials.
상기 무기물 강유전 물질이 PZT인 것을 특징으로 하는, 압전소자.13. The method of claim 12,
Wherein the inorganic ferroelectric material is PZT.
상기 유기물이 고분자 강유전체인 것을 특징으로 하는, 압전소자.13. The method of claim 12,
Wherein the organic material is a polymeric ferroelectric material.
상기 고분자 강유전체가 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), PVDF를 포함하는 중합체, PVDF를 포함하는 공중합체, PVDF를 포함하는 삼원공중합체, 홀수의 나일론, 시아노중합체 및 이들의 중합체나 공중합체 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 압전소자.16. The method of claim 15,
Wherein the polymeric ferroelectric is selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), a polymer comprising PVDF, a copolymer comprising PVDF, a terpolymer comprising PVDF, an odd number of nylons, a cyano polymer and polymers or copolymers thereof And at least one piezoelectric element.
상기 강유전 물질이 강유전체 트랜지스터 또는 강유전체 메모리의 재료로서 사용되는 것을 특징으로 하는, 압전소자.13. The method of claim 12,
Wherein the ferroelectric material is used as a material of a ferroelectric transistor or a ferroelectric memory.
상기 압전소자는,
하기 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트형 금속 산화물을 함유하는 주성분;
제1 부성분으로서의 Mn;
제2 부성분으로서의 Li; 및
제3 부성분으로서의 Bi를 포함하며,
상기 Mn 함량은 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.04 중량부 이상 0.36 중량부 이하이고, Li 함량 α는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.0013 중량부 이상 0.0280 중량부 이하이고, Bi 함량 β는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.042 중량부 이상 0.850 중량부 이하이고, 함량 α 및 β는 0.5 ≤ (α·MB)/(β·ML) ≤ 1 (여기서, ML은 Li의 원자량을 나타내고, MB는 Bi의 원자량을 나타냄)을 만족하는 것인 압전소자.
<화학식 1>
(Ba1-xCax)a(Ti1-y-zZrySnz)O3
(여기서, x, y, z, 및 a는 0.09 ≤ x ≤ 0.30, 0.025 ≤ y ≤ 0.074, 0 ≤ z ≤ 0.02, 및 0.986 ≤ a ≤ 1.02를 만족함)13. The method of claim 12,
The piezoelectric element includes:
A main component containing a perovskite-type metal oxide represented by the following formula (1);
Mn as the first subcomponent;
Li as the second subcomponent; And
Bi as the third subcomponent,
The Mn content is 0.04 part by weight or more and 0.36 part by weight or less in terms of metal based on 100 parts by weight of the metal oxide, and the Li content? Is 0.0013 part by weight or more and 0.0280 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the metal oxide, beta is not less than 0.042 part by weight and not more than 0.850 part by weight in terms of metal with respect to 100 parts by weight of the metal oxide and the contents of alpha and beta are 0.5? (? MB) / (? ML)? 1 , And MB represents the atomic weight of Bi).
≪ Formula 1 >
(Ba1-xCax) a (Ti1-y-zZrSnz) O3
(Where x, y, z, and a satisfy 0.09? X? 0.30, 0.025? Y? 0.074, 0? Z? 0.02, and 0.986? A? 1.02)
Si 및 B 중 하나 이상을 함유하는 제4 부성분을 추가로 포함하며, 여기서 제4 부성분의 함량은 화학식 1로 표시되는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.001 중량부 이상 4.000 중량부 이하인 압전소자.14. The method of claim 13,
Si, and B, wherein the content of the fourth subcomponent is 0.001 to 4.000 parts by weight, calculated as metal, based on 100 parts by weight of the metal oxide represented by the general formula (1) .
α 및 β가 0.19 < 2.15α + 1.11β < 1을 만족하는 것인 압전소자.The method according to claim 13 or 14,
and? and? satisfy 0.19 < 2.15? + 1.11? <1.
화학식 1에서 x, y, 및 z가 y + z ≤ (11x/14) - 0.037을 만족하는 것인 압전소자.The method according to claim 13 or 14,
Wherein x, y, and z in the formula (1) satisfy y + z? (11x / 14) - 0.037.
-60℃ 이상 100℃ 이하의 온도 범위에서 상 전이가 일어나지 않는 압전소자.The method according to claim 13 or 14,
And the phase transition does not occur in a temperature range of -60 deg. C to 100 deg.
인체에서 유도되는 전기신호를 이용하여 상기 압전소자가 진동하는 단계; 및
상기 압전소자의 진동을 이용하여 상기 제거된 암이 재발하는 것을 방지하는 단계;를 포함하되,
상기 압전소자는 무기물 강유전 물질과 금속 및 유기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는, 압전소자를 이용한 암세포 재발 방지 방법.Positioning the piezoelectric element in at least a portion of the cancerous object removal surgery;
Oscillating the piezoelectric element using an electrical signal derived from a human body; And
Using the vibration of the piezoelectric element to prevent the removed arm from recurring,
Wherein the piezoelectric element is composed of a mixture of an inorganic ferroelectric material and a metal and an organic material.
상기 압전소자는,
하기 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트형 금속 산화물을 함유하는 주성분;
제1 부성분으로서의 Mn;
제2 부성분으로서의 Li; 및
제3 부성분으로서의 Bi를 포함하며,
상기 Mn 함량은 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.04 중량부 이상 0.36 중량부 이하이고, Li 함량 α는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.0013 중량부 이상 0.0280 중량부 이하이고, Bi 함량 β는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.042 중량부 이상 0.850 중량부 이하이고, 함량 α 및 β는 0.5 ≤ (α·MB)/(β·ML) ≤ 1 (여기서, ML은 Li의 원자량을 나타내고, MB는 Bi의 원자량을 나타냄)을 만족하는 것인 압전소자를 이용한 암세포 재발 방지 방법.
<화학식 1>
(Ba1-xCax)a(Ti1-y-zZrySnz)O3
(여기서, x, y, z, 및 a는 0.09 ≤ x ≤ 0.30, 0.025 ≤ y ≤ 0.074, 0 ≤ z ≤ 0.02, 및 0.986 ≤ a ≤ 1.02를 만족함)24. The method of claim 23,
The piezoelectric element includes:
A main component containing a perovskite-type metal oxide represented by the following formula (1);
Mn as the first subcomponent;
Li as the second subcomponent; And
Bi as the third subcomponent,
The Mn content is 0.04 part by weight or more and 0.36 part by weight or less in terms of metal based on 100 parts by weight of the metal oxide, and the Li content? Is 0.0013 part by weight or more and 0.0280 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the metal oxide, beta is not less than 0.042 part by weight and not more than 0.850 part by weight in terms of metal with respect to 100 parts by weight of the metal oxide and the contents of alpha and beta are 0.5? (? MB) / (? ML)? 1 And MB represents the atomic weight of Bi). ≪ / RTI >
≪ Formula 1 >
(Ba1-xCax) a (Ti1-y-zZrSnz) O3
(Where x, y, z, and a satisfy 0.09? X? 0.30, 0.025? Y? 0.074, 0? Z? 0.02, and 0.986? A? 1.02)
인체에서 유도되는 전기신호를 이용하여 상기 제 1 압전소자가 진동하는 단계; 및
상기 제 1 압전소자의 진동을 이용하여 발생한 암이 커지는 것을 방지하는 단계;를 포함하되,
상기 압전소자는 무기물 강유전 물질과 금속 및 유기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는, 압전소자를 이용한 암세포 억제 방법.Positioning the first piezoelectric element on at least a part of the object where the cancer cells occur;
Oscillating the first piezoelectric element using an electrical signal derived from a human body; And
And preventing the arm generated by using the vibration of the first piezoelectric element from becoming larger,
Wherein the piezoelectric element is composed of a mixture of an inorganic ferroelectric material and a metal and an organic material.
상기 암세포를 수술로 제거하는 단계;
상기 암 제거 수술 이후에 제 2 압전소자를 상기 객체의 적어도 일부에 위치시키는 단계;
상기 인체에서 유도되는 전기신호를 이용하여 상기 제 2 압전소자가 진동하는 단계; 및
상기 제 2 압전소자의 진동을 이용하여 상기 제거된 암세포가 재발하는 것을 방지하는 단계;를 더 포함하는 압전소자를 이용한 암세포 억제 방법.26. The method of claim 25,
Surgically removing the cancer cells;
Positioning the second piezoelectric element on at least a portion of the object after the cancer removal operation;
Oscillating the second piezoelectric element using an electrical signal derived from the human body; And
And preventing the removed cancer cells from recurring by using the vibration of the second piezoelectric element.
상기 압전소자는,
하기 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트형 금속 산화물을 함유하는 주성분;
제1 부성분으로서의 Mn;
제2 부성분으로서의 Li; 및
제3 부성분으로서의 Bi를 포함하며,
상기 Mn 함량은 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.04 중량부 이상 0.36 중량부 이하이고, Li 함량 α는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.0013 중량부 이상 0.0280 중량부 이하이고, Bi 함량 β는 금속 산화물 100 중량부에 대하여 금속 환산으로 0.042 중량부 이상 0.850 중량부 이하이고, 함량 α 및 β는 0.5 ≤ (α·MB)/(β·ML) ≤ 1 (여기서, ML은 Li의 원자량을 나타내고, MB는 Bi의 원자량을 나타냄)을 만족하는 것인 압전소자를 이용한 암세포 재발 방지 방법.
<화학식 1>
(Ba1-xCax)a(Ti1-y-zZrySnz)O3
(여기서, x, y, z, 및 a는 0.09 ≤ x ≤ 0.30, 0.025 ≤ y ≤ 0.074, 0 ≤ z ≤ 0.02, 및 0.986 ≤ a ≤ 1.02를 만족함)26. The method of claim 25,
The piezoelectric element includes:
A main component containing a perovskite-type metal oxide represented by the following formula (1);
Mn as the first subcomponent;
Li as the second subcomponent; And
Bi as the third subcomponent,
The Mn content is 0.04 part by weight or more and 0.36 part by weight or less in terms of metal based on 100 parts by weight of the metal oxide, and the Li content? Is 0.0013 part by weight or more and 0.0280 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the metal oxide, beta is not less than 0.042 part by weight and not more than 0.850 part by weight in terms of metal with respect to 100 parts by weight of the metal oxide and the contents of alpha and beta are 0.5? (? MB) / (? ML)? 1 And MB represents the atomic weight of Bi). ≪ / RTI >
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