KR20180116728A - Ferroelectric-antiferroelectric ceramic composite manufacturing method - Google Patents

Ferroelectric-antiferroelectric ceramic composite manufacturing method Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a ferroelectric-antiferroelectric ceramic composite. The method for manufacturing the ferroelectric-antiferroelectric ceramic composite comprises the steps of: mechanically mixing a first dielectric powder and a second dielectric powder (step 1); forming a mixture of the first dielectric powder and the second dielectric powder by spraying the mechanically mixed first dielectric powder and second dielectric powder (step 2); and heat-treating the mixture to form a composite dielectric body including a first dielectric phase and a second dielectric phase (step 3). The first dielectric powder is a powder of a ferroelectric material, and the second dielectric powder is a powder of an anti-ferroelectric material.

Description

강유전체-반강유전체 세라믹 복합체의 제조방법{FERROELECTRIC-ANTIFERROELECTRIC CERAMIC COMPOSITE MANUFACTURING METHOD}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a ferroelectric-antiferroelectric ceramic composite,

본 발명은 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a ferroelectric-ferroelectric ceramic composite.

세라믹 소재는 과거부터 다양한 산업분야에 매우 폭넓게 적용되어 왔으며 재료의 정밀한 제어를 통해 다양한 기능을 부여하는 파인 세라믹스의 개념으로 발전되어 왔다. 하지만, 전기·전자 산업의 비약적인 발전에 의해 휴대용, 가정용, 산업용 전자기기의 수요가 급격하게 증가하는 추세에 있으며, 이와 같은 소비자의 요구를 충족시키기 위해서는 기존의 특성을 넘어서는 새로운 재료의 개발전략이 필요하다. 즉 새로운 기능을 갖는 재료개발을 위해서는 재료의 특성을 이해하고 기존과는 전혀 새로운 방식으로 접근해야 한다. Ceramic materials have been widely applied to various industrial fields in the past and have been developed into fine ceramics concept that gives various functions through precise control of materials. However, due to the rapid development of the electric and electronic industry, demand for portable, home, and industrial electronic devices is rapidly increasing. In order to satisfy such consumer demands, a new material development strategy Do. In other words, for the development of materials with new functions, it is necessary to understand the characteristics of materials and approach them in a whole new way.

세라믹 복합체는 우수한 특성을 발현하기 위해 두 종류 이상의 세라믹을 한 소재 내에 복합화한 소재이다. 복합체 제조는 새로운 물성을 얻을 수 있는 널리 알려진 방법이다. 복합세라믹은 단상 세라믹 소재 대비 기계적, 열적, 전기적, 화학적, 생화학적 등 다양한 물성의 향상이 가능하다. Ceramic composites are materials in which two or more types of ceramics are compounded in one material to exhibit excellent properties. Composite fabrication is a well-known method for obtaining new properties. Composite ceramics can improve various physical properties such as mechanical, thermal, electrical, chemical and biochemical properties compared to single phase ceramic materials.

기존의 일반적인 세라믹 제조공정을 세부적으로 살펴보면 분말들을 원하는 조성비로 혼합하고, 상기의 과정으로 혼합된 분말(mixed powder)을 열처리 하여 화합물 형태로 합성하는 하소(calcination) 과정을 진행하게 된다. 하소과정은 원료 분말에 존재하는 유기물 불순물을 제거하거나, 수화물 또는 탄화물 등에서 물과 이산화탄소를 제거하여 완전한 산화물로 변화시키는 과정을 통해 원하는 조성으로 상합성을 하는 과정이다. 하소과정을 거쳐 합성된 분말(synthesized powder)은 성형(forming)을 통해 원하는 형태로 제작하며, 재료내부의 기공(pore) 및 잔여물(residue)을 제거하고 그 밀도를 높여 구조를 치밀화하기 위해 고온에서 소결(sintering) 공정을 진행한다. 그런데 소결과정에서 고온열처리는 치밀화 과정뿐만 아니라 결정립 성장(grain growth)을 필수적으로 동반한다. 따라서 나노크기 결정립(nano-sized grain)을 가지면서 밀도가 높은 다결정의 세라믹 소재를 구현하기란 기존의 일반적인 방법으로는 매우 어렵다고 할 수 있다.The conventional ceramic manufacturing process will be described in detail. The powder is mixed at a desired composition ratio, and a calcination process is performed in which the mixed powder is heat-treated in the above-described manner to synthesize the compound in the form of a compound. The calcination process is a process of phase synthesis with a desired composition by removing organic impurities present in the raw material powder, or removing water and carbon dioxide from a hydrate or carbide to convert it to a complete oxide. Synthesized powders synthesized through calcination are made into a desired shape through forming, and the pores and residues in the material are removed and the density is increased to densify the structure. In order to densify the structure, A sintering process is performed. However, high-temperature heat treatment in the sintering process is accompanied by grain growth as well as densification. Therefore, it is very difficult to realize polycrystalline ceramics having high density and nano-sized grain.

앞서 설명한 하소와 소결의 온도를 살펴보면 일반적으로 하소온도가 소결온도보다 낮다. 만약, 앞서 서술한 혼합분말을 하소과정없이 바로 성형하여 소결할 경우, 소결과정에서 혼합분말간의 화학반응이 발생하여 결정구조가 바뀔 수 있으며 이때 수반되는 커다란 부피변화에 의해 일정 형태를 가지는 고밀도의 세라믹을 제작하기 어렵다. 또한, 서로 반응이 발생하는 분말을 혼합하여 소결할 경우 고온에서 혼합물질이 반응하여 하나의 상으로 변화하므로 두상이 공존하는 컴포지트를 제작하기는 어렵다. 또한, 서로 반응이 발생하는 분말을 혼합하여 소결할 경우 고온에서 혼합물질이 반응하여 하나의 상으로 변화하므로 두 상(two phase)이 공존하는 복합구조의 컴포지트를 제작하기는 어렵다. 특히, 저온에서 고밀도의 소결체를 얻기 위해 크기가 작은 분말을 사용하는데, 분말의 크기가 작을수록 반응이 쉽게 일어나 나노크기의 미세구조를 가지면서 고밀도를 가지는 컴포지트를 제작하기 어려운 것이 현실이다. The calcination temperature and sintering temperature are generally lower than the sintering temperature. If the above-mentioned mixed powder is directly formed and sintered without calcination, a chemical reaction occurs between the mixed powders in the sintering process, and the crystal structure may be changed. At this time, due to the large volume change, . In addition, when sintering the mixture of reacting powders, the composite material reacts at a high temperature and changes into a single phase. Therefore, it is difficult to produce a composite in which the two phases coexist. In addition, when sintering the mixture of reacting powders, the composite material reacts at a high temperature and changes into a single phase. Therefore, it is difficult to prepare a composite structure having two phases coexisting. Particularly, in order to obtain a sintered body having a high density at a low temperature, a powder having a small size is used. The smaller the size of the powder is, the more easily the reaction occurs and it is difficult to produce a composite having a nano-sized microstructure and a high density.

지금까지의 새로운 특성의 세라믹을 제조하는 연구는 단일조성을 가지면서 고밀도를 구현하는 세라믹을 제조하는 것에 초점이 맞추어져 왔다. 특히 전자 세라믹 소재의 경우 그 구조가 치밀화가 되어야만 재료내부의 결함요소가 크게 감소하여 실제 산업적으로 사용될 수 있어, 지금까지의 연구는 치밀화 과정에 의해 자연적으로 구현되는 단일조성의 단일 상(single phase)을 탐색하는 것이 대부분이다. 결과적으로, 이러한 접근방식으로 찾을 수 있는 세라믹 조성은 제한되어 있으므로 새로운 특성을 얻기 위해서는 새로운 세라믹제조 방법이 제시되어야 한다. 재료의 특성은 서로 다른 물질을 혼합하여 제조하는 방식으로 얻을 수 있으나 기존의 통상적인 세라믹 제조공정으로는 고밀도와 나노구조를 동시에 갖는 혼합물을 제조하기란 매우 어려운 실정이다. Research into the production of new properties of ceramics up to now has focused on producing ceramics with a single composition and high density. In particular, in the case of an electronic ceramic material, the defects in the material are largely reduced only if the structure is densified. Thus, the present invention can be applied to a single phase of a single composition naturally realized by the densification process. . As a result, the ceramic composition found with this approach is limited, so new ceramic manufacturing methods must be presented to obtain new properties. The characteristics of materials can be obtained by mixing different materials, but it is very difficult to manufacture a mixture having high density and nanostructure at the same time in a conventional ceramic manufacturing process.

미국 등록 특허 공보 제7632353호U.S. Patent No. 7632353

본 발명의 실시예를 따르는 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체의 제조방법은 상온에서 나노크기의 그레인을 가지는 고밀도의 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체를 제조하고 화학적 특성, 열적 특성, 기계적 특성, 전기적 특성 등을 손쉽게 조절하고 향상시킬 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. A ferroelectric-ferroelectric ceramic composite according to an embodiment of the present invention can be manufactured by preparing a high-density ferroelectric-ferroelectric ceramic composite having nano-sized grains at room temperature and chemically, thermally, mechanically, The present invention provides a method for controlling and improving the image quality of an image.

본 발명의 실시예를 따르는 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체의 제조방법은 제1 유전체 분말 및 제2 유전체 분말을 기계적으로 혼합하는 단계(단계 1); 상기 기계적으로 혼합된 제1 유전체 분말 및 제2 유전체 분말을 분사하여 상기 제1 유전체 분말 및 제2 유전체 분말이 혼재된 혼합체를 형성하는 단계(단계 2); 및 상기 혼합체를 열처리하여 상기 제1 유전체 상 및 제2 유전체 상을 포함하는 복합 유전체를 형성하는 단계(단계 3);를 포함하고, 상기 제1 유전체 분말은 강유전체 재료의 분말이고, 상기 제2 유전체 분말은 반강유전체 재료의 분말이다.A method of manufacturing a ferroelectric-ferroelectric ceramic composite according to an embodiment of the present invention includes: (1) mechanically mixing a first dielectric powder and a second dielectric powder; Forming a mixture of the first dielectric powder and the second dielectric powder by spraying the mechanically mixed first dielectric powder and the second dielectric powder (Step 2); And heat treating the mixture to form a composite dielectric comprising the first dielectric and the second dielectric (step 3), wherein the first dielectric powder is a powder of a ferroelectric material, The powder is a powder of an antiferroelectric material.

또한, 상기 제1 유전체 분말은 PbTiO3(PT), BaTiO3(BT) 및 KNbO3(KN) 중 적어도 하나이고, 상기 제2 유전체 분말은 PbZrO3(PZ) 또는 NaNbO3(NN) 중 적어도 하나일 수 있다. The first dielectric powder may be at least one of PbTiO 3 (PT), BaTiO 3 (BT) and KNbO 3 (KN), and the second dielectric powder may be at least one of PbZrO 3 (PZ) or NaNbO 3 Lt; / RTI >

또한, 상기 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체는 제1 유전체 상, 제2 유전체 상, 및 제1 유전체와 제2 유전체의 혼합 상을 포함할 수 있다. In addition, the ferroelectric-ferroelectric ceramic composite may include a first dielectric layer, a second dielectric layer, and a mixed layer of the first dielectric layer and the second dielectric layer.

또한, 상기 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체는 제1 유전체 상, 제2 유전체 상, 및 제1 유전체와 제2 유전체가 반응하여 새롭게 형성된 제3 유전체 상을 포함할 수 있다.Also, the ferroelectric-ferroelectric ceramic composite may include a first dielectric layer, a second dielectric layer, and a third dielectric layer formed by reacting the first dielectric layer and the second dielectric layer.

또한, 상기 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체에 포함된 상기 제1 유전체와 제2 유전체의 혼합 상은 상기 제1 유전체 상 및 제2 유전체 상의 경계에 배치될 수 있다. In addition, a mixed phase of the first dielectric and the second dielectric included in the ferroelectric-ferroelectric ceramic composite may be disposed on the boundary between the first dielectric and the second dielectric.

또한, 상기 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체에 포함된 상기 제1 유전체와 제2 유전체가 반응하여 새롭게 형성된 제3 유전체 상은 상기 제1 유전체 상 및 제2 유전체 상의 경계에 배치될 수 있다. In addition, the first dielectric layer and the second dielectric layer included in the ferroelectric-ferroelectric ceramic composite react to form a newly formed third dielectric layer on the first dielectric layer and the second dielectric layer.

또한, 상기 단계 3에서, 혼합체를 열처리하는 온도는 50 내지 900℃일 수 있다. Further, in the step 3, the temperature at which the mixture is heat-treated may be 50 to 900 ° C.

또한, 상기 기계적으로 혼합된 제1 유전체 분말 및 제2 유전체 분말의 직경은 0.5 내지 500㎛ 일 수 있다. The diameter of the mechanically mixed first dielectric powder and the second dielectric powder may be 0.5 to 500 mu m.

본 발명의 실시예를 따르는 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체의 제조방법은 원료 분말을 단순히 혼합하여 고온 소결과정없이 상온에서 고밀도의 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체를 제조하고, 이후에 제조된 막의 열처리 조건을 조정하여 혼합물을 반응시킴으로써 고온 소결과정에서 발생하는 치밀화 및 화학반응을 시간적으로 분리하여 조절함으로 고밀도, 나노구조 세라믹 복합체를 제조할 수 있다. 또한, 간단한 방법으로 세라믹 복합체를 제조할 수 있으며, 제조 비용을 줄일 수 있다. A ferroelectric-ferroelectric ceramic composite according to an embodiment of the present invention can be manufactured by simply mixing raw material powders to produce a high-density ferroelectric-ferroelectric ceramic composite at normal temperature without high-temperature sintering, And the mixture is reacted, thereby densifying and chemically reacting in a high-temperature sintering process are temporally separated and controlled, so that a high-density, nano-structured ceramic composite can be manufactured. Further, the ceramic composite can be manufactured by a simple method, and the manufacturing cost can be reduced.

도 1은 본 발명의 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체 제조방법의 단계를 나타낸 모식도이다.
도 2는 PbZrO3(PZ) - PbTiO3(PT) 복합체 제작을 위한 혼합 분율과 재료의 특성에 대한 모식도이다.
도 3은 에어로졸 증착 장치의 모식도이다.
도 4a는 비교예 1에 의해 준비된 PZ-PT 혼합체 막의 표면 SEM 사진이다.
도 4b는 비교예 1에 의해 준비된 PZ-PT 혼합체 막의 단면 SEM 사진이다.
도 5는 비교예 1에 의해 준비된 PZ-PT 혼합체 막의 EDXS 성분분석 그래프이다.
도 6은 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에 의해 준비된 PZ-PT 막의 X-선 회절분석 그래프이다.
도 7은 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에 의해 준비된 PZ-PT 막 및 PZ, PT, PZT 분말의 2θ = 20~28° 구간에서의 X-선 회절분석을 비교한 그래프이다.
도 8은 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에 의해 준비된 PZ-PT 막 및 PZ, PT, PZT 분말의 2θ = 25~35° 구간에서의 X-선 회절분석을 비교한 그래프이고이다.
도 9a는 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에 의해 준비된 PZ-PT 막의 PZ(040)(221) 면간거리(d-spacing)를 도시한 그래프이다.
도 9b는 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에 의해 준비된 PZ-PT 막의 PT(101) 면간거리(d-spacing)를 도시한 그래프이다.
도 10은 실시예 1 내지 실시예 3에 의해 준비된 PZ-PT 복합체 막의 격자의 변형률을 도시한 그래프이다.
도 11은 실시예 1에 의해 준비된 PZ-PT 세라믹 복합체 막의 제한시야전자회절(SAED) 패턴 분석사진이다.
도 12는 실시예 1에 의해 준비된 PZ-PT 세라믹 복합체 막의 고해상도 투과전자현미경(HR-TEM) 분석 사진이다.
도 13은 실시예 1에 의해 준비된 PZ-PT 세라믹 복합체 막의 에너지 분산 엑스선(EDX) 이미지 맵핑 분석결과이다.
도 14는 실시예 1에 의해 준비된 PZ-PT 세라믹 복합체 막의 에너지 분산 엑스선(EDX) 이미지 맵핑 분석결과이다.
도 15는 실시예 1에 의해 준비된 PZ-PT 세라믹 복합체 막의 에너지 분산 엑스선(EDX) 라인 프로파일 분석결과이다.
도 16은 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에 의해 준비된 PZ-PT 복합체 막의 전기장에 대한 분극의 이력곡선(P-E hysteresis loop) 분석 결과이다.
도 17은 실시예 1에 의해 준비된 PZ-PT 복합체 막 및 PT 에어로졸 증착 막의 전기장에 대한 분극의 이력곡선(P-E hysteresis loop) 분석 결과이다.
도 18은 BaTiO3(BT)- NaNbO3(NN) 복합체 제작을 위한 혼합 분율과 재료의 특성에 대한 모식도이다.
도 19a는 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 혼합체 막의 표면 SEM 사진이다.
도 19b는 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 혼합체 막의 단면 SEM 사진이다.
도 20은 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 혼합체 막의 EDXS 성분분석 그래프이다.
도 21은 실시예 4 내지 실시예 8 및 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 막의 2θ = 20~60° 구간에서의 X-선 회절분석 그래프이다.
도 22는 실시예 4 내지 실시예 8 및 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 막 및 BT, NN 분말 및 BT-NN 혼합 분말의 2θ = 21~34° 구간에서의 X-선 회절분석 그래프이다.
도 23은 실시예 4 내지 실시예 8 및 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 막 및 BT, NN 분말 및 BT-NN 혼합 분말의 2θ = 50~63° 구간에서의 X-선 회절분석 그래프이다.
도 24a는 실시예 4 내지 실시예 8 및 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 막의 2θ: 32.3° NN 피크의 강도(peak intensity) 변화를 도시한 그래프이다.
도 24b는 실시예 4 내지 실시예 8 및 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 막의 2θ: 32.3° NN 피크의 반치폭(FWHM) 값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 25a는 실시예 4 내지 실시예 8 및 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 막의 2θ:57.7° NN 피크의 강도(peak intensity) 변화를 도시한 그래프이다.
도 25b는 실시예 4 내지 실시예 8 및 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 막의 2θ:57.7° NN 피크의 반치폭(FWHM) 값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 26은 실시예 4에 의해 준비된 BT-NN 세라믹 복합체 막의 제한시야전자회절(SAED) 패턴 분석사진이다.
도 27은 실시예 4에 의해 준비된 BT-NN 세라믹 복합체 막의 HR-TEM 분석 사진 및 FFT 패턴을 도시한 것이다.
도 28은 실시예 4에 의해 준비된 BT-NN 세라믹 복합체 막의 에너지 분산 엑스선(EDX) 이미지 맵핑 분석결과이다.
도 29는 실시예 4에 의해 준비된 BT-NN 세라믹 복합체 막의 에너지 분산 엑스선(EDX) 라인 프로파일 분석결과이다.
도 30은 실시예 4 내지 실시예 8 및 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 복합체 막의 전기장에 대한 분극의 이력곡선(P-E hysteresis loop) 분석 결과이다.
도 31은 실시예 4에 의해 준비된 BT-NN 복합체 막 및 BT 에어로졸 증착 막의 전기장에 대한 분극의 이력곡선(P-E hysteresis loop) 분석 결과이다.
도 32는 실시예 4에 의해 준비된 BT-NN 복합체 막의 전기장에 대한 분극의 이력곡선(P-E hysteresis loop) 분석 결과이다.
1 is a schematic view showing steps of a method of manufacturing a ferroelectric-ferroelectric ceramic composite of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of the mixing fraction and material properties for the production of PbZrO 3 (PZ) - PbTiO 3 (PT) complexes.
3 is a schematic diagram of an aerosol deposition apparatus.
4A is a SEM photograph of the surface of the PZ-PT mixture film prepared by Comparative Example 1. Fig.
4B is a cross-sectional SEM photograph of the PZ-PT mixture film prepared by Comparative Example 1. FIG.
5 is an EDXS component analysis graph of the PZ-PT mixed film prepared by Comparative Example 1. FIG.
Fig. 6 is an X-ray diffraction analysis graph of the PZ-PT film prepared by Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. Fig.
FIG. 7 is a graph comparing X-ray diffraction analysis of the PZ-PT film prepared by Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 and PZ, PT, and PZT powders in 2θ = 20 to 28 ° sections.
FIG. 8 is a graph comparing X-ray diffraction analysis of the PZ-PT film prepared by Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, and PZ, PT, and PZT powders at 2θ = 25 to 35 °.
FIG. 9A is a graph showing the PZ (040) (221) plane d-spacing of the PZ-PT film prepared by Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. FIG.
FIG. 9B is a graph showing the PT (101) plane d-spacing of the PZ-PT films prepared by Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. FIG.
10 is a graph showing the strain of the lattice of the PZ-PT composite film prepared by Examples 1 to 3. FIG.
11 is a photograph of a limited field electron diffraction (SAED) pattern analysis of the PZ-PT ceramic composite film prepared according to Example 1. Fig.
12 is a high-resolution transmission electron microscope (HR-TEM) analysis photograph of the PZ-PT ceramic composite film prepared according to Example 1. Fig.
Fig. 13 is a result of energy-dispersive X-ray (EDX) image mapping analysis of the PZ-PT ceramic composite film prepared according to Example 1. Fig.
14 is an energy-dispersive X-ray (EDX) image mapping analysis result of the PZ-PT ceramic composite film prepared in Example 1. Fig.
Fig. 15 shows the results of energy dispersive X-ray (EDX) line profile analysis of the PZ-PT ceramic composite film prepared according to Example 1. Fig.
16 is a P-E hysteresis loop analysis result of the electric field of the PZ-PT composite film prepared by Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. FIG.
17 is a P-E hysteresis loop analysis result of the polarization for the electric field of the PZ-PT composite film and the PT aerosol deposition film prepared in Example 1. FIG.
18 is a schematic diagram of the mixing fraction and material properties for the BaTiO 3 (BT) - NaNbO 3 (NN) complex.
19A is a SEM photograph of a surface of a BT-NN mixture film prepared by Comparative Example 2. Fig.
19B is a cross-sectional SEM photograph of the BT-NN mixture film prepared by Comparative Example 2. Fig.
20 is an EDXS component analysis graph of the BT-NN mixture film prepared in Comparative Example 2. FIG.
21 is an X-ray diffraction analysis graph of the BT-NN film prepared in Examples 4 to 8 and Comparative Example 2 at 2? = 20 to 60 °.
22 is an X-ray diffraction analysis graph of the BT-NN film, BT, NN powder and BT-NN mixed powder prepared in Examples 4 to 8 and Comparative Example 2 at 2? = 21 to 34?
FIG. 23 is an X-ray diffraction analysis graph of the BT-NN film prepared by Examples 4 to 8 and Comparative Example 2, and the BT, NN powder and BT-NN mixed powder at 2θ = 50 to 63 °.
24A is a graph showing changes in intensity of peaks of 2?: 32.3 ° NN of BT-NN films prepared by Examples 4 to 8 and Comparative Example 2;
FIG. 24B is a graph showing a change in the half width (FWHM) value of the 2?: 32.3 ° NN peak of the BT-NN film prepared by Examples 4 to 8 and Comparative Example 2;
25A is a graph showing changes in peak intensity of 2?: 57.7 NN peaks of a BT-NN film prepared by Examples 4 to 8 and Comparative Example 2. FIG.
FIG. 25B is a graph showing changes in FWHM values of 2θ: 57.7 ° NN peaks of the BT-NN films prepared by Examples 4 to 8 and Comparative Example 2. FIG.
26 is a photograph of a limited field electron diffraction (SAED) pattern of the BT-NN ceramic composite film prepared in Example 4. Fig.
FIG. 27 shows an HR-TEM analysis photograph and an FFT pattern of the BT-NN ceramic composite film prepared in Example 4. FIG.
28 is a result of analysis of the energy dispersive X-ray (EDX) image of the BT-NN ceramic composite film prepared in Example 4. Fig.
FIG. 29 shows the results of energy dispersive X-ray (EDX) line profile analysis of the BT-NN ceramic composite film prepared according to Example 4. FIG.
30 is a P-E hysteresis loop analysis result of the electric field of the BT-NN composite film prepared by Examples 4 to 8 and Comparative Example 2. FIG.
31 is a P-E hysteresis loop analysis result of the electric field of the BT-NN composite film and the BT aerosol deposition film prepared in Example 4. FIG.
32 is a P-E hysteresis loop analysis result of the electric field of the BT-NN composite film prepared in Example 4. FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다. 그러나 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다. 덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shapes and sizes of the elements in the drawings and the like can be exaggerated for clarity, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements. The same reference numerals are used throughout the drawings to denote like parts and functions. In addition, "including" an element throughout the specification does not exclude other elements unless specifically stated to the contrary.

강유전체-Ferroelectric - 반강유전체Antiferroelectric 세라믹 복합체의 제조방법 Method for producing ceramic composite

도 1은 본 발명의 실시예를 따르는 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체의 제조방법의 각 단계를 나타낸 모식도이다. 1 is a schematic view showing each step of a method of manufacturing a ferroelectric-ferroelectric ceramic composite according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예를 따르는 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체의 제조방법은 제1 유전체 분말 및 제2 유전체 분말을 기계적으로 혼합하는 단계(단계 1); 상기 기계적으로 혼합된 제1 유전체 분말 및 제2 유전체 분말을 분사하여 상기 제1 유전체 분말 및 제2 유전체 분말이 혼재된 혼합체를 형성하는 단계(단계 2); 및 상기 혼합체를 열처리하여 상기 제1 유전체 상 및 제2 유전체 상을 포함하는 복합 유전체를 형성하는 단계(단계 3);를 포함하고, 상기 제1 유전체 분말은 강유전체 재료의 분말이고, 상기 제2 유전체 분말은 반강유전체 재료의 분말이다.Referring to FIG. 1, a method of manufacturing a ferroelectric-ferroelectric ceramic composite according to an embodiment of the present invention includes: (1) mechanically mixing a first dielectric powder and a second dielectric powder; Forming a mixture of the first dielectric powder and the second dielectric powder by spraying the mechanically mixed first dielectric powder and the second dielectric powder (Step 2); And heat treating the mixture to form a composite dielectric comprising the first dielectric and the second dielectric (step 3), wherein the first dielectric powder is a powder of a ferroelectric material, The powder is a powder of an antiferroelectric material.

상기 제1 유전체 분말은 강유전체 재료의 분말이고, PbTiO3(PT), BaTiO3(BT) 및 KNbO3(KN) 중 적어도 하나일 수 있고, 상기 제2 유전체 분말은 반강유전체 재료의 분말이고, PbZrO3(PZ) 또는 NaNbO3(NN) 중 적어도 하나일 수 있다. Wherein the first dielectric powder is a powder of a ferroelectric material and may be at least one of PbTiO 3 (PT), BaTiO 3 (BT) and KNbO 3 (KN), the second dielectric powder is a powder of an antiferroelectric material, and PbZrO of 3 (PZ) or NaNbO 3 (NN) may be at least one.

예를 들어, 제1 유전체 분말로 PbTiO3(PT) 분말을 선택할 수 있고, 제2 유전체 분말로 PbZrO3(PZ) 분말을 선택할 수 있다. 또한, 예를 들어, 제1 유전체 분말로 BaTiO3(BT) 분말을 선택할 수 있고, 제2 유전체 분말로 PbZrO3(PZ) 분말을 선택할 수 있다. 또한, 예를 들어, 제1 유전체 분말로 KNbO3(KN) 분말을 선택할 수 있고, 제2 유전체 분말로 PbZrO3(PZ) 분말을 선택할 수 있다.For example, a PbTiO 3 (PT) powder may be selected as the first dielectric powder, and a PbZrO 3 (PZ) powder may be selected as the second dielectric powder. Also, for example, BaTiO 3 (BT) powder may be selected as the first dielectric powder and PbZrO 3 (PZ) powder may be selected as the second dielectric powder. Also, for example, KNbO 3 (KN) powder may be selected as the first dielectric powder and PbZrO 3 (PZ) powder may be selected as the second dielectric powder.

상기 제1 유전체 분말 및 제2 유전체 분말이 각각 PbZrO3(PZ) 와 PbTiO3(PT) 분말이면, PbZrO3(PZ) 와 PbTiO3 (PT)가 반응하여 생성한 PZT 상이 형성될 수 있다. If the first dielectric powder and the second dielectric powder are PbZrO 3 (PZ) and PbTiO 3 (PT) powders, a PZT phase formed by the reaction of PbZrO 3 (PZ) and PbTiO 3 (PT) can be formed.

고온소결과정을 거쳐 제조된 상공존 영역(MPB)의 PZT는 거시적으로 단일상처럼 보이지만 미시적으로 살펴보면 PT와 PZ가 나노크기로 공존하는 재료이다. 즉 상공존 영역의 PZT는 인위적인 방법을 사용하지 않더라도 열처리 과정을 거치면서 자연적으로 나노크기의 PT와 PZ의 혼합물로 만들어지는 것을 의미한다. 상공존영역에서는 PT와 PZ가 공존함으로써 단일상에 비해서 자발분극이 존재할 수 있는 결정학적 방향 개수가 증가하게되며, 이때 물리적, 전기적 특성이 향상된다. The PZT of the overburden zone (MPB) produced through the high-temperature sintering process appears to be macroscopically single-phase, but microscopically PT and PZ coexist in nano-scale. In other words, PZT in the overburden zone is naturally produced as a mixture of nano-sized PT and PZ while undergoing a heat treatment process, even if no artificial method is used. In the overburden zone, PT and PZ coexist, which increases the number of crystallographic directions in which spontaneous polarization can exist compared to single phase, and physical and electrical properties are improved.

PZ-PT 복합 유전체는 인위적으로 나노 스케일 영역에서 서로 다른 상의 물질이 공존시킨 것으로, 물리적·전기적 특성 등을 향상시킬 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 본 발명에서 제조한 복합체는 나노구조를 갖는 PZ, PT 및 PZT상이 공존함으로써 보다 우수한 특성을 나타낼 수 있다.PZ-PT composite dielectrics are artificially coexisted with different phase materials in the nanoscale region, and can improve physical and electrical characteristics. As described above, the composite produced by the present invention can exhibit more excellent properties by the coexistence of PZ, PT and PZT phases having nanostructures.

따라서, 본 발명의 실시예를 따르는 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체의 제조방법에 의해 제조된 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체는 종래의 방법에 의해 제조된 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체의 미세구조와 다른 구조를 가질 수 있고, 더 개선된 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체 물성을 가질 수 있다. Therefore, the ferroelectric-ferroelectric ceramic composite manufactured by the method of manufacturing the ferroelectric-ferroelectric ceramic composite according to the embodiment of the present invention has a structure different from the microstructure of the ferroelectric-ferroelectric ceramic composite manufactured by the conventional method And may have further improved ferroelectric-ferroelectric ceramic composite properties.

상기 제1 유전체 분말 대 제2 유전체 분말은 몰비로 1:99 내지 99:1으로 혼합될 수 있고, 상기 분말의 몰비는 특별히 제한되지 않는다. The first dielectric powder to the second dielectric powder may be mixed in a molar ratio of 1:99 to 99: 1, and the molar ratio of the powder is not particularly limited.

상기 혼합단계에서 습식 혼합 방법을 사용하여 분말을 혼합할 경우, 건조기를 사용하여 혼합된 분말을 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. When the powder is mixed using the wet mixing method in the mixing step, the mixed powder may be dried using a dryer.

상기 기계적으로 혼합된 제1 유전체 분말 및 제2 유전체 분말의 직경은 0.5 내지 500㎛일 수 있다.The diameters of the mechanically mixed first dielectric powder and second dielectric powder may be between 0.5 and 500 mu m.

상기 제1 유전체 분말 및 제2 유전체 분말의 직경이 0.5㎛ 미만이면, 상기 분말의 반응성이 높아 후속 열처리에 의한 유전체 복합체의 물성의 조절이 어려울 수 있다. 상기 제1 유전체 분말 및 제2 유전체 분말의 직경이 500㎛를 초과하면, 분사 방법에 의해서 형성되기에 직경이 커서 혼합체의 형성이 어려울 수 있다. If the diameters of the first dielectric powder and the second dielectric powder are less than 0.5 mu m, the reactivity of the powder is high, and it may be difficult to control the physical properties of the dielectric composite by the subsequent heat treatment. If the diameter of the first dielectric powder and the second dielectric powder is more than 500 mu m, the diameter of the first dielectric powder and the second dielectric powder may be too large to form the mixture.

상기 제1 유전체 분말 및 제2 유전체 분말을 기계적으로 혼합하는 단계에서, 상기 제1 유전체 분말 및 제2 유전체 분말을 혼합하는 방법은 믹서, 볼 밀(ball mill), 어트리션 밀(attrition mill), 제트 밀(jet mill), 디스크 밀(disk mill) 및 3-롤 밀(3-roll mill) 중 적어도 하나를 사용하여 수행될 수 있고, 상기 혼합 방법은 특별히 이에 제한되지 않는다. 상기 제1 유전체 및 제2 유전체 분말을 혼합할 때, 습식 혼합을 행한 후에는 건조과정이 추가로 필요하지만 건조를 위해 특별히 한정된 설비를 사용해야 하는 것은 아니다. 상기 제1 유전체 분말 및 제2 유전체 분말을 혼합하는 방법에 따라 분말의 파쇄 정도에 따라 입도가 달라질 수 있고, 혼합시간이 달라질 수 있다. 따라서, 혼합시간을 조절함으로써 제1 유전체 분말 및 제2 유전체 분말의 입도를 조절할 수 있다. 후속의 단계를 거쳐 생성될 유전체 복합체의 공정 균일도 향상을 위해 특정 크기의 입도 분포를 갖는 분말을 회수하여 사용될 수 있다.In the step of mechanically mixing the first dielectric powder and the second dielectric powder, a method of mixing the first dielectric powder and the second dielectric powder includes a mixer, a ball mill, an attrition mill, , A jet mill, a disk mill, and a 3-roll mill, and the mixing method is not particularly limited thereto. When the first dielectric and the second dielectric powder are mixed, a drying process is further required after the wet mixing, but it is not necessary to use a facility specifically limited for drying. According to the method of mixing the first dielectric powder and the second dielectric powder, the particle size may vary according to the degree of crushing of the powder, and the mixing time may vary. Accordingly, the particle size of the first dielectric powder and the second dielectric powder can be controlled by controlling the mixing time. A powder having a particle size distribution of a specific size may be recovered and used for improving the process uniformity of the dielectric composite to be produced through a subsequent step.

상기 기계적으로 혼합된 제1 유전체 분말 및 제2 유전체 분말을 분사하여 상기 제1 유전체 분말 및 제2 유전체 분말이 혼재된 혼합체를 형성하는 단계에서, 상기 혼합체를 형성하는 방법은 상기 유전체 분말을 분사하는 방법은 콜드 스프레이(cold spray), 에어로졸 증착(aerosol deposition) 또는 과립 진공 분사(granule spray in vacuum) 방법이 사용될 수 있으나, 바람직하게 에어로즐 증착 또는 과립 진공 분사 방법방법에 의해 수행될 수 있다. The method of forming a mixture in which the first dielectric powder and the second dielectric powder are mixed by spraying the mechanically mixed first dielectric powder and the second dielectric powder includes the steps of spraying the dielectric powder The method may be carried out by a cold spray, aerosol deposition or granule spray in vacuum method, but preferably by an aerosol deposition or granule vacuum spray method.

상기 혼합체를 열처리하여 상기 제1 유전체 상 및 제2 유전체 상을 포함하는 유전체 복합체를 형성하는 단계에서, 상기 유전체 복합체는 제1 유전체 상, 제2 유전체 상, 및 제1 유전체와 제2 유전체의 혼합 상을 포함할 수 있다.And heat-treating the mixture to form a dielectric composite comprising the first dielectric and the second dielectric, wherein the dielectric composite comprises a mixture of a first dielectric, a second dielectric, and a first dielectric and a second dielectric Lt; / RTI >

상기 혼합체를 열처리하여 상기 제1 유전체 상 및 제2 유전체 상을 포함하는 유전체 복합체를 형성하는 단계에서, 상기 유전체 복합체는 제1 유전체 상, 제2 유전체 상, 및 제1 유전체와 제2 유전체가 반응하여 새롭게 형성된 제3 유전체 상을 포함할 수 있다.Heat-treating the mixture to form a dielectric composite comprising the first dielectric and the second dielectric, wherein the dielectric composite comprises a first dielectric, a second dielectric, and a second dielectric, To form a third dielectric layer that is newly formed.

에어로졸 증착 공법을 비롯한 분사 기법 기반의 유전체 혼합체 제조방법은 분말 분사되면서 분말끼리의 충돌 및 기판과의 충돌로 더욱 미세하게 분쇄되면서 혼합체 막은 원료분말에 비교하여 결정성이 저하될 수 있다. 저하된 결정성을 회복하기 위하여 또는 원하는 전기적, 기계적 물성을 얻기 위하여 열처리가 수행될 수 있다. 본 발명의 실시예를 따르는 유전체 복합체는 종래의 기술과 비교하여 소성 변형 및 분사로 야기된 내부 잔류 응력이 존재하여 열처리에 대한 반응성이 달라질 수 있다.The method of manufacturing the dielectric mixture based on the spray technique including the aerosol deposition method is finely pulverized due to the collision of the powders with each other and the collision with the substrate while the powder is being sprayed and the crystallinity of the mixture film may be lowered compared with the raw material powder. Heat treatment may be performed to recover the degraded crystallinity or to obtain the desired electrical and mechanical properties. The dielectric composite according to the embodiment of the present invention has an internal residual stress caused by plastic deformation and injection as compared with the conventional technology, and thus the reactivity to the heat treatment can be changed.

본 발명의 실시예를 따르는 유전체 복합체는 제1 유전체 상, 제2 유전체 상 및 제1 유전체와 제2 유전체의 혼합상이 공존할 수 있다. 거시적인 관점에서는 제1 유전체 및 제2 유전체 분말의 조성비를 유지하지만 국부적 또는 나노 스케일 영역에서는 제1유전체 상 또는 제2 유전체 상이 우세하게 존재할 수 있고, 또는 제1 유전체와 제2 유전체 혼합상이 존재할 수 있다. The dielectric composite according to an embodiment of the present invention may have a first dielectric phase, a second dielectric phase, and a mixed phase of the first dielectric and the second dielectric coexist. In a macroscopic perspective, the first dielectric or second dielectric phase may predominantly be present in the local or nanoscale region, while maintaining the compositional ratio of the first and second dielectric powders, or the first dielectric and second dielectric mixture phases may be present have.

본 발명의 실시예를 따르는 유전체 복합체는 제1 유전체 상, 제2 유전체 상 및 제1 유전체와 제2 유전체의 혼합상이 공존할 수 있다. 거시적인 관점에서는 제1 유전체 및 제2 유전체 분말의 조성비를 유지하지만 국부적 또는 나노 스케일 영역에서는 제1유전체 상 또는 제2 유전체 상이 우세하게 존재할 수 있고, 또는 제1 유전체와 제2 유전체가 화학적으로 반응하여 새롭게 형성된 제3 유전체 상이 존재할 수 있다. The dielectric composite according to an embodiment of the present invention may have a first dielectric phase, a second dielectric phase, and a mixed phase of the first dielectric and the second dielectric coexist. From a macroscopic point of view, the first dielectric and second dielectric layers may predominantly be present in the local or nanoscale region while maintaining the compositional ratio of the first and second dielectric layers, or the first and second dielectric layers may chemically react A newly formed third dielectric layer may be present.

따라서, 본 발명의 실시예를 따르는 유전체 복합체의 제조방법에 의해 제조된 유전체 복합체는 종래의 방법에 의해 제조된 유전체 복합체의 미세구조와 다른 구조를 가질 수 있고, 더 개선된 유전체 복합체 물성을 가질 수 있다. Therefore, the dielectric composite produced by the dielectric composite manufacturing method according to the embodiment of the present invention can have a different structure from the microstructure of the dielectric composite manufactured by the conventional method, and can have a more improved dielectric composite property have.

상기 유전체 복합체에 포함된 상기 제1 유전체와 제2 유전체의 혼합 상은 상기 제1 유전체 상 및 제2 유전체 상의 경계에 배치될 수 있다. A mixed phase of the first dielectric and the second dielectric included in the dielectric composite may be disposed on the first dielectric and the second dielectric.

상기 단계 3에서, 혼합체를 열처리하는 온도는 50 내지 900℃일 수 있다.In the step 3, the temperature at which the mixture is heat-treated may be 50 to 900 占 폚.

상기 강유전체-반강유전체 세라믹 혼합체를 열처리하는 온도는 바람직하게 300 내지 700℃일 수 있다. The temperature for the heat treatment of the ferroelectric-ferroelectric ceramic mixture may preferably be 300 to 700 ° C.

도 16을 참조하면, PT-PZ 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체의 경우 550℃에서 최대 포화 분극값을 갖는 것을 알 수 있다. 또한, 도 30을 참조하면, BT-NN 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체의 경우 550℃에서 최대 포화 분극값을 갖는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 16, it can be seen that the PT-PZ ferroelectric-ferroelectric ceramic composite has a maximum saturation polarization value at 550 ° C. Referring to FIG. 30, it can be seen that the BT-NN ferroelectric-ferroelectric ceramic composite has a maximum saturation polarization value at 550 ° C.

<< 실시예Example 1> 강유전체- 1> Ferroelectric - 반강유전체Antiferroelectric 세라믹 복합체의 제조 Preparation of ceramic composites

일반적으로 강유전체 특성을 갖는 PbZrO3(PZ)를 제1 유전체 분말로 준비하였고, 반강유전체 특성을 갖는 PbTiO3(PT)를 제2 유전체 분말로 준비하였다. In general, PbZrO 3 (PZ) having ferroelectric properties was prepared as a first dielectric powder, and PbTiO 3 (PT) having antiferroelectric properties was prepared as a second dielectric powder.

단계 1. Step 1. PbZrOPbZrO 33 (PZ) 및 (PZ) and PbTiOPbTiO 33 (PT)(PT) 원료분말을 혼합하는 단계Mixing the raw material powder

PZ와 PT 원료분말은 분자량을 고려하여 PZ:PT = 52:48 mole% 비율로 계량한 후 에탄올 및 지르코니아 볼과 함께 용기에 넣어 100 rpm 내외의 속도로 12시간 동안 볼밀(ballmill) 혼합하였다. 상기 혼합된 분말은 건조오븐(convection oven) 에서 70℃ 온도로 24시간 유지시켜 완전 건조시켰으며, 유발과정 후 150 메쉬(mesh)로 체가름(sieving) 하여 PbZrO3(PZ) 및 PbTiO3(PT) 혼합분말을 제조하였다.PZ and PT raw material powders were weighed at a ratio of PZ: PT = 52:48 mole% considering the molecular weight, and then put into a container together with ethanol and zirconia balls, and ball milled for 12 hours at a speed of about 100 rpm. The mixed powder was completely dried in a convection oven at a temperature of 70 ° C. for 24 hours. After induction, the mixture was sieved to a mesh of 150 mesh to prepare PbZrO 3 (PZ) and PbTiO 3 (PT ) To prepare a mixed powder.

단계 2. Step 2. PbZrOPbZrO 33 (PZ) - (PZ) - PbTiOPbTiO 33 (PT) 혼합체 막 제작 단계(PT) mixture film forming step

상기 단계 1에서 제조된 PbZrO3(PZ) 및 PbTiO3(PT) 혼합분말은 도 3에 나타낸 에어로졸 증착 장비를 이용하여 (111) 방향으로 Pt/Ti/SiO2 하부전극/절연체 (bottom electrode/insulator) 층이 코팅된 단결정 실리콘(Si) 기판을 X-Y 스테이지에 부착하여 위치시켰다. The PbZrO 3 (PZ) and PbTiO 3 (PT) The mixed powder was prepared by attaching a single crystal silicon (Si) substrate coated with a Pt / Ti / SiO 2 bottom electrode / insulator layer in the (111) direction to the XY stage using the aerosol deposition equipment shown in FIG. 3 Respectively.

에어로졸 증착 공정은 상온에서 이뤄지며, 막의 증착을 위해 혼합분말이 보관된 에어로졸 챔버에 공급한 질소(N2) 가스의 유량은 MFC 1 = 17 slm (±3), MFC 2 = 5 slm (±5) 으로 제어하였고, 진공챔버의 압력은 5 x 10-2 torr 로 유지하였으며, 기판과 분사노즐 사이의 거리는 5 mm, 기판이 부착된 스테이지의 이동속도는 1 mm/s, 이동횟수는 3~5회 반복하여 PbZrO3(PZ) - PbTiO3(PT) 혼합체 막을 제작하였다.The flow rate of nitrogen (N 2 ) gas supplied to the aerosol chamber containing the mixed powder for the deposition of the film is MFC 1 = 17 slm (± 3), MFC 2 = 5 slm (± 5) And the pressure of the vacuum chamber was maintained at 5 × 10 -2 torr. The distance between the substrate and the injection nozzle was 5 mm, the movement speed of the stage with the substrate was 1 mm / s, the movement frequency was 3 to 5 times The PbZrO 3 (PZ) - PbTiO 3 (PT) mixture film was prepared repeatedly.

단계 3. PZ-PT 에어로졸 Step 3. PZ-PT aerosol 증착 막을The deposition film 열처리하는 단계 Step of heat treatment

상기 단계 2에서 제조된 PbZrO3(PZ) - PbTiO3(PT) 혼합체 막을 550℃ 에서 1시간 열처리하여 PZ-PT 세라믹 복합체 막을 제조하였다.The PbZrO 3 (PZ) - PbTiO 3 (PT) mixture film prepared in the above step 2 was heat-treated at 550 ° C. for 1 hour to prepare a PZ-PT ceramic composite film.

<< 실시예Example 2> 강유전체- 2> Ferroelectric - 반강유전체Antiferroelectric 세라믹 복합체의 제조 Preparation of ceramic composites

상기 실시예 1의 단계 3에서 550℃ 열처리 조건 450℃에서 열처리한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 PZ-PT 세라믹 복합체 막을 제조하였다.A PZ-PT ceramic composite membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment was performed at 450 ° C in the step 3 of Example 1 at 550 ° C.

<< 실시예Example 3> 강유전체- 3> Ferroelectric - 반강유전체Antiferroelectric 세라믹 복합체의 제조 Preparation of ceramic composites

상기 실시예 1의 단계 3에서 550℃ 열처리 조건 대신 650℃에서 열처리한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 PZ-PT 세라믹 복합체 막을 제조하였다.A PZ-PT ceramic composite membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment was performed at 650 ° C instead of the heat treatment at 550 ° C in the step 3 of Example 1.

<< 실시예Example 4> 강유전체- 4> ferroelectric - 반강유전체Antiferroelectric 세라믹 복합체의 제조 Preparation of ceramic composites

일반적으로 강유전체 특성을 갖는 BaTiO3(BT) 을 제1 유전체 분말로 준비하였고, 반강유전체 특성을 갖는 NaNbO3(NN) 를 제2 유전체 분말로 준비하였다. In general, BaTiO 3 (BT) with ferroelectric properties was prepared as a first dielectric powder, and NaNbO 3 (NN) Was prepared as a second dielectric powder.

단계 1. Step 1. BaTiOBaTiO 33 (BT) 및 (BT) and NaNbONaNbO 33 (NN)(NN) 원료분말을 혼합하는 단계Mixing the raw material powder

분말의 제조과정을 통해 각각 제작된 BT 와 NN 분말은 분자량을 고려하여BT : NN = 50 : 50 mole % 비율로 계량한 후 에탄올 지르코니아 볼과 함께 용기에 넣어 100 rpm 내외의 속도로 12시간 동안 볼밀 혼합하였다. 상기 혼합된 분말은 건조 오븐을 이용하여 70℃의 온도로 24시간 유지시켜 건조시켰으며, 150 메쉬로 체거름하여 BaTiO3(BT) 및 NaNbO3(NN) 분말을 혼합하였다.BT and NN powders prepared through the manufacturing process of BT and NN powders were weighed in the ratio of BT: NN = 50: 50 mole% considering the molecular weight, and then put into a container with ethanol zirconia balls at a speed of about 100 rpm for 12 hours, . The mixed powder was dried using a drying oven at a temperature of 70 ° C for 24 hours, and sieved with a 150 mesh sieve to mix BaTiO 3 (BT) and NaNbO 3 (NN) powders.

단계 2. Step 2. BaTiOBaTiO 33 (BT) - (BT) - NaNbONaNbO 33 (NN)(NN) 혼합체 막 제작 단계Mixed membrane fabrication step

상기 단계 1에서 제조된 BaTiO3(BT) 및 NaNbO3(NN) 혼합분말은 도 3에 나타낸 에어로졸 증착 장비를 이용하여 (111) 방향으로 Pt/Ti/SiO2 하부전극/절연체 (bottom electrode/insulator) 층이 코팅된 단결정 실리콘(Si) 기판을 X-Y 스테이지에 부착하여 위치시켰다. The BaTiO 3 (BT) and NaNbO 3 (NN) The mixed powder was prepared by attaching a single crystal silicon (Si) substrate coated with a Pt / Ti / SiO2 bottom electrode / insulator layer in the (111) direction to the XY stage using the aerosol deposition equipment shown in FIG. .

에어로졸 증착 공정은 상온에서 이뤄지며, 막의 증착을 위해 혼합분말이 보관된 에어로졸 챔버에 공급한 질소(N2) 가스의 유량은 MFC 1 = 15 slm (±5), MFC 2 = 8 slm (±5) 으로 제어하였고, 진공챔버의 압력은 5 x 10-2 torr 로 유지하였으며, 기판과 분사노즐 사이의 거리는 5 mm, 기판이 부착된 스테이지의 이동속도는 1 mm/s, 이동횟수는 3~5회 반복하여 BaTiO3(BT) - NaNbO3(NN) 혼합체 막을 제작하였다.The flow rate of nitrogen (N 2 ) gas supplied to the aerosol chamber containing the mixed powder for the deposition of the film is MFC 1 = 15 slm (± 5), MFC 2 = 8 slm (± 5) And the pressure of the vacuum chamber was maintained at 5 × 10 -2 torr. The distance between the substrate and the injection nozzle was 5 mm, the movement speed of the stage with the substrate was 1 mm / s, the movement frequency was 3 to 5 times Repeatedly, BaTiO 3 (BT) - NaNbO 3 (NN) Mixed membrane was prepared.

단계 3. BT-NN 에어로졸 Step 3. BT-NN aerosol 증착 막을The deposition film 열처리하는 단계 Step of heat treatment

상기 단계 2에서 제조된 BaTiO3(BT) - NaNbO3(NN) 혼합체 막을 600℃ 에서 2시간 열처리하여 BT-NN 세라믹 복합체 막을 제조하였다.The BaTiO 3 (BT) - NaNbO 3 (NN) The BT-NN ceramic composite membrane was prepared by heat treating the mixture membrane at 600 ° C for 2 hours.

<< 실시예Example 5> 강유전체- 5> ferroelectric - 반강유전체Antiferroelectric 세라믹 복합체의 제조 Preparation of ceramic composites

상기 실시예 4의 단계 3에서 600℃ 열처리 조건 대신 300℃에서 열처리한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 BT-NN 세라믹 복합체 막을 제조하였다.A BT-NN ceramic composite film was prepared in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment was performed at 300 ° C. instead of the heat treatment at 600 ° C. in the step 3 of Example 4.

<< 실시예Example 6> 강유전체- 6> Ferroelectric - 반강유전체Antiferroelectric 세라믹 복합체의 제조 Preparation of ceramic composites

상기 실시예 4의 단계 3에서 600℃ 열처리 조건 대신 400℃에서 열처리한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 BT-NN 세라믹 복합체 막을 제조하였다.A BT-NN ceramic composite membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment was performed at 400 ° C. instead of the heat treatment at 600 ° C. in the step 3 of Example 4.

<< 실시예Example 7> 강유전체- 7> Ferroelectric - 반강유전체Antiferroelectric 세라믹 복합체의 제조 Preparation of ceramic composites

상기 실시예 4의 단계 3에서 600℃ 열처리 조건 대신 500℃에서 열처리한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 BT-NN 세라믹 복합체 막을 제조하였다.A BT-NN ceramic composite membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment was performed at 500 ° C. instead of the heat treatment at 600 ° C. in the step 3 of Example 4.

<< 실시예Example 8> 강유전체- 8> Ferroelectric - 반강유전체Antiferroelectric 세라믹 복합체의 제조 Preparation of ceramic composites

상기 실시예 4의 단계 3에서 600℃ 열처리 조건 대신 700℃에서 열처리한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 BT-NN 세라믹 복합체 막을 제조하였다.A BT-NN ceramic composite membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment was performed at 700 ° C. instead of the heat treatment at 600 ° C. in the step 3 of Example 4.

<< 비교예Comparative Example 1> PZ-PT 혼합체 막의 제조 1> Preparation of PZ-PT mixture membrane

상기 실시예 1의 단계 1 및 2만을 동일하게 수행하여 PZ-PT 혼합체 막을 제조하였다.PZ-PT mixture films were prepared by carrying out steps 1 and 2 of Example 1 in the same manner.

<< 비교예Comparative Example 2> BT-NN 혼합체 막의 제조 2 > Preparation of BT-NN mixture film

상기 실시예 4의 단계 1 및 2만을 동일하게 수행하여 BT-NN 혼합체 막을 제조하였다.Only the steps 1 and 2 of Example 4 were carried out in the same manner to prepare a BT-NN mixture film.

<< 실험예Experimental Example 1> 주사전자현미경(SEM)을 이용한 PZ-PT 세라믹 혼합체 미세구조 분석 1> Microstructure Analysis of PZ-PT Ceramic Mixture Using Scanning Electron Microscope (SEM)

PZ-PT 세라믹 복합체 분석PZ-PT Ceramic Composite Analysis

PZ-PT 세라믹 혼합체 막의 미세구조를 분석하기 위하여 상기 비교예 1에서 제조된 PZ-PT 세라믹 혼합체 막을 FE-SEM(field emission scanning electron microscope, S-4300SE, Hitachi, Japan)을 이용하여 표면 및 단면을 분석하였으며, 그 결과를 도 4a 및 도 4b에 나타내었다. In order to analyze the microstructure of the PZ-PT ceramic mixture film, the PZ-PT ceramic mixture film prepared in Comparative Example 1 was subjected to FE-SEM (field emission scanning electron microscope, S-4300SE, Hitachi, Japan) The results are shown in Figs. 4A and 4B.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 에어로졸 증착 공정에 의해 형성된 PZ-PT 세라믹 혼합체 막의 표면은 나노크기의 미세구조를 갖는 고밀도의 막을 형성하였으며, 두께는 기판으로부터 약 5 ㎛ 정도로 증착된 것을 확인할 수 있었다. 이는 에어로졸 증착 공법을 이용하여 운반가스에 실려 온 PZ 및 PT 혼합분말 입자가 노즐에서 분사되는 강한 물리적인 힘에 의해 기판에 충돌하여 나노크기로 분쇄되며, 이때 소성변형과 물질이동을 통해 PZ 분말 및 PT 분말이 혼합된 에어로졸 증착 혼합체 막이 형성된 것이라고 할 수 있다. Referring to FIGS. 4A and 4B, it was confirmed that the surface of the PZ-PT ceramic mixture film formed by the aerosol deposition process formed a high-density film having a nano-sized microstructure and the thickness was about 5 μm from the substrate . This is because the PZ and PT mixed powder particles loaded in the carrier gas collide with the substrate due to the strong physical force injected from the nozzle using the aerosol deposition method and are pulverized into nano-sized particles. At this time, by the plastic deformation and mass transfer, Aerosol deposition with mixed PT powder It can be said that a mixed film is formed.

BT-NN 세라믹 복합체 분석BT-NN Ceramic Composite Analysis

BT-NN 세라믹 혼합체 막의 미세구조를 분석하기 위하여 상기 비교예 2에서 제조된 BT-NN 세라믹 혼합체 막을 FE-SEM(field emission scanning electron microscope, S-4300SE, Hitachi, Japan)을 이용하여 표면 및 단면을 분석하였으며, 그 결과를 도 19a 및 도 19b에 나타내었다. In order to analyze the microstructure of the BT-NN ceramic mixture membrane, the BT-NN ceramic mixture membrane prepared in Comparative Example 2 was subjected to FE-SEM (field emission scanning electron microscope, S-4300SE, Hitachi, Japan) And the results are shown in Figs. 19A and 19B.

도 19a를 참조하면 BT-NN 혼합체 막의 표면은 나노크기의 미세구조를 갖는 전형적인 에어로졸 증착에 의한 막의 형상을 보이는 것을 알 수 있다. 도 19b를 참조하면, 기판으로부터 약 5 ㎛ 두께의 고밀도 막이 증착된 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 19A, it can be seen that the surface of the BT-NN mixture film shows a film shape by a typical aerosol deposition having a nano-sized microstructure. Referring to FIG. 19B, it can be seen that a high density film of about 5 탆 thickness is deposited from the substrate.

<< 실험예Experimental Example 2> 에너지분산 X-선 스펙트럼(EDXS) 분석을 이용한 PZ-PT 세라믹 혼합체 막 성분분석 2> Analysis of membrane composition of PZ-PT ceramic mixture by energy dispersive X-ray spectrum (EDXS) analysis

PZ-PT 세라믹 복합체 분석PZ-PT Ceramic Composite Analysis

PZ-PT 혼합체 막을 구성하는 성분의 분포를 분석하기 위하여 상기 비교예 1에서 제조된 PZ-PT 혼합체 막을 SEM을 통한 EDXS 분석을 실시하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다. In order to analyze the distribution of the components constituting the PZ-PT mixture film, the PZ-PT mixture film prepared in Comparative Example 1 was subjected to EDXS analysis by SEM. The results are shown in FIG.

도 5에 나타난 바에 따르면, PZ-PT 혼합체 막의 성분분포는 Zr:Ti 성분원자비가 45.56:54.54 atomic%로 약 5:5 비율을 갖는 물질이 화학적으로 분포하고 있는 것을 확인할 수 있다. 일정한 조성으로 합성 및 열처리된 분말을 원료로 사용하는 것이 아닌 혼합 분말을 사용하여 막을 제조할 경우, PZ와 PT 분말의 밀도가 달라 같은 크기의 분말을 사용하더라도 에어로졸 분사시에 각각의 무게에 따른 분말의 운동량이 상이하게 되며 결론적으로 막에 증착되는 성분의 양이 초기 측량한 값과 달라질 수 있다. 이와 같은 현상과 더불어 EDXS의 오차범위 및 나노구조를 갖는 조성을 관찰한다는 사실을 고려한다면 초기 원료인 PZ 및 PT 혼합 조성 조성과 비슷한 PZ-PT 혼합체 막이 형성되었다고 판단할 수 있다. As shown in FIG. 5, it can be seen that the composition distribution of the PZ-PT mixture film is chemically distributed with the atomic ratio of Zr: Ti being 45.56: 54.54 atomic%, and having a ratio of about 5: 5. In the case of manufacturing a membrane using mixed powder instead of using the powder synthesized and heat-treated in a certain composition as a raw material, even if the density of PZ and PT powder is different and powder of the same size is used, The amount of the component to be deposited on the film may differ from the value of the initial measurement. Considering the fact that the EDXS error range and the nanostructured composition are observed together with the above phenomenon, it can be concluded that a PZ-PT mixed film similar to the PZ and PT mixed composition is formed.

BT-NN 세라믹 복합체 분석BT-NN Ceramic Composite Analysis

BT-NN 혼합체 막을 구성하는 성분의 분포를 분석하기 위하여 상기 비교예 2에서 제조된 BT-NN 혼합체 막을 SEM을 통한 EDXS 분석을 실시하였으며, 그 결과를 도 20에 나타내었다. In order to analyze the distribution of components constituting the BT-NN mixture film, the BTXNN mixture film prepared in Comparative Example 2 was subjected to EDXS analysis by SEM. The results are shown in FIG.

도 20을 참조하면, BT:NN의 원자 비가 52.2:47.8로 분포하는 것을 확인할 수 있었다. 일반적으로 BT 와 NN 분말의 밀도가 다르고 각각의 무게에 따른 분말의 운동량 차이로 인해 에어로졸 증착 공정시 증착되는 막의 성분은 초기 혼합된 분말의 비율과 달라질 수 있으나, 최종적으로 제작된 BT-NN 혼합체 막은 나노구조를 갖는다는 점과 EDXS 장치의 오차범위를 고려한다면 초기 50:50 비율로 혼합한 BT-NN 혼합분말과 거의 동일한 성분을 갖는 막이 형성되었다고 볼 수 있다.Referring to FIG. 20, it was confirmed that the atomic ratio of BT: NN is 52.2: 47.8. Generally, BT and NN powders have different densities. Due to the difference in the momentum of powders depending on the weights of the powders, the composition of the membrane deposited during the aerosol deposition process may be different from that of the initially mixed powder. However, Considering the nanostructure and the error range of the EDXS device, it can be seen that a film having substantially the same composition as the BT-NN mixed powder at the initial 50:50 ratio was formed.

<< 실험예Experimental Example 3> X-선 회절 분석을 통한 결정구조 분석 3> Crystal structure analysis by X-ray diffraction analysis

PZ-PT 세라믹 복합체 분석PZ-PT Ceramic Composite Analysis

PZ-PT 혼합체 막을 열처리하여 화학적 반응 및 물질이동에 따른 결정학적 변화를 살펴보고자 X-선 회절(XRD) 분석을 수행하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다. X-ray diffraction (XRD) analysis was performed to investigate the crystallographic changes due to the chemical reaction and the mass transfer by heat treatment of the PZ-PT mixture film. The results are shown in FIG.

도 6은 실시예 1 내지 실시예 3에 의해 제조된 PZ-PT 세라믹 복합체 및 비교예 1에 의해 제조된 PZ-PT 세라믹 혼합체의 XRD 측정 결과이다. PZ-PT 혼합체 막은 일반적으로 분말에서 나타나는 피크에 비해 반치폭(FWHM : full width at half maximum)이 넓어졌음을 알 수 있다. 결정성(crystallinity)의 물리량은 기본적으로 결정립의 크기(crystallite site)와 격자 변형(lattice strain) 2가지 요인에 의해 결정되며, 이와 같은 물리량은 반치폭(FWHM)의 함수로서, 분말에서 나타난 회절 피크에 비해 증가된 FWHM을 통해 결정성이 저하되었음을 알 수 있다. 또한, PZ-PT 혼합체 막에서 나타나는 하나의 피크는 각각의 원료분말에서의 2~3개의 결정면 피크가 합쳐진 형태를 보이며 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에 의해 제조된 PZ-PT 복합체 막의 열처리 온도가 높아질수록 PZ와 PT 분말에서 나타나는 고유한 면지수에 대해 피크의 위치가 이동하는 피크 이동 현상이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 이는 초기 증착된 열처리 전의 PZ-PT 혼합체 막에 외부의 열적요인을 가함에 따라 물질이동 및 확산 등의 복합적인 요인에 의해 결정구조가 변화되는 것으로 이해할 수 있다.Fig. 6 shows the results of XRD measurement of the PZ-PT ceramic composite prepared in Examples 1 to 3 and the PZ-PT ceramic mixture prepared in Comparative Example 1. Fig. It can be seen that the PZ-PT mixture film generally has a larger full width at half maximum (FWHM) than the peak appearing in the powder. The physical properties of crystallinity are basically determined by two factors, crystallite site and lattice strain, and this physical quantity is a function of the half width (FWHM) and the diffraction peak It can be seen that the crystallinity is decreased due to the increased FWHM. In addition, one peak appearing in the PZ-PT mixture film shows a form in which two or three crystal plane peaks in the respective raw powder powders are combined, and the PZ-PT composite membrane prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 It can be seen that as the heat treatment temperature is increased, the peak shift phenomenon occurs in which the peak position shifts with respect to the unique surface index appearing in the PZ and PT powders. It can be understood that the crystal structure is changed due to a combination of factors such as mass transfer and diffusion as an external thermal factor is applied to the PZ-PT mixture film before the initial deposition heat treatment.

열처리에 따른 실시예 1 내지 실시예 3에 의해 제조된 PZ-PT 세라믹 복합체 및 비교예 1에 의해 제조된 PZ-PT 세라믹 혼합체의 결정구조 변화를 보다 자세히 살펴보기 위해 2θ=20~28° 구간에서 원료 분말의 XRD 결과를 비교 분석하여 나타내었으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다. In order to investigate the crystal structure change of the PZ-PT ceramic composite material prepared in Examples 1 to 3 and the PZ-PT ceramic material mixture prepared in Comparative Example 1 according to the heat treatment, The XRD results of the raw material powders were compared and shown, and the results are shown in Fig.

도 7을 참조하면, 비교예 1에 의해 제조된 PZ-PT 혼합체 막 상태에서는 21.2° 부근의 PZ(021)과 PT(001)면이 위치한 피크의 강도가 최대치를 보이며, 에어로졸 증착 막의 열처리 온도가 올라갈수록 PT(100) 면지수에 대한 피크의 강도가 강해지는 것을 알 수 있다. 이와 같은 현상은 도 8의 2θ = 25~35°의 구간에서의 XRD 분석을 비교한 그래프에서 더욱 확실하게 나타나며, 그 결과를 도 8에 나타내었다. 7, the peak intensity of the PZ (021) and PT (001) surfaces located at about 21.2 ° are the highest in the PZ-PT mixed film state produced by Comparative Example 1, and the heat treatment temperature of the aerosol deposition film is It can be seen that the intensity of the peak with respect to the index of the PT (100) surface becomes stronger as it goes up. This phenomenon appears more clearly in the graph comparing the XRD analysis in the section of 2? = 25 to 35 ° in FIG. 8, and the result is shown in FIG.

도 8에 나타낸 바에 따르면, 비교예 1에 의해 제조된 PZ-PT 혼합체 막 조건에서는 30.3° PZ(040)(221)면에 위치한 피크의 강도가 31.2° 및 32.4° 부근의 PT(101)(110)면에 위치한 피크의 강도보다 매우 강하게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이는 에어로졸 증착 후 비교예 1에 의해 제조된 PZ-PT 혼합체 막 상태에서 PZ(Zr) 물질이 더욱 지배적으로 반응했다고 이해할 수 있으며, 열처리 온도가 높아질수록 PT(Ti) 물질이 더욱 지배적으로 반응하는 것으로 이해할 수 있다. 결론적으로 비교적 낮은 열처리 온도인 450℃에서 열처리를 수행한 실시예 2에 의해 준비된 PZ-PT 세라믹 복합체는 비교예 1의 열처리를 수행하지 않은 세라믹 혼합체 보다 PZ(040)(221)에 관련된 피크가 높은 각도로 이동되며, 550℃에서 열처리를 수행한 비교예2에 의해 준비된 세라믹 복합체는 PT(101)(110)에 대한 피크가 낮은 각도로 이동되는 것을 확인할 수 있고, 650℃에서 열처리를 수행한 실시예 3에 의해 준비된 세라믹 복합체는 완벽하게 PT(101)(110)에 대한 피크가 낮은 각도로 이동되는 것을 확인할 수 있다.8, in the PZ-PT mixture film conditions manufactured by the comparative example 1, the PT 101 (110 () having peaks at 31.3 ° and 32.4 ° in the intensity at 30.3 ° PZ (040) ) Of the peak located at the center of the peak. It can be understood that the PZ (Zr) substance reacts more dominantly in the state of the PZ-PT mixed film prepared by the Comparative Example 1 after the aerosol deposition, and the PT (Ti) substance reacts more dominantly as the heat treatment temperature becomes higher I can understand. As a result, the PZ-PT ceramic composite prepared by Example 2 in which the heat treatment was performed at a relatively low heat treatment temperature of 450 ° C had a higher peak related to PZ (040) 221 than the ceramic mixture not subjected to the heat treatment of Comparative Example 1 And the ceramic composite prepared by Comparative Example 2 in which the heat treatment was performed at 550 ° C was found to move the peaks of the PT 101 (110) at a low angle, and the heat treatment was performed at 650 ° C It can be confirmed that the ceramic composite prepared by Example 3 completely moves the peak for the PT 101 (110) at a low angle.

기본적으로 피크 이동 현상은 nλ=2dsin로 표현되는 브래그의 회절법칙(Bragg's diffraction law)에 의해 높은 각도로 이동된 PZ의 면간거리는 감소하였고, 낮은 각도로 이동된 PT의 면간거리는 증가하였다고 볼 수 있다. 실시예 3에 의해 준비된 650℃에서 열처리를 수행한 PZ-PT 혼합체 막은 PZ와 PT가 갖는 고유의 면지수에 대한 피크가 뚜렷하게 나타나지 않고 단일상을 갖는 합성 PZT 분말의 (101)과 (110)면 사이에서 가장 높은 강도를 나타내고 있으며, 이와 같은 현상은 서로 다른 두가지 결정상 (PZ-Rhombohedral, PT-Tetragonal)이 고용체를 형성하여 조성적으로 PZT가 생성된 것으로 판단할 수 있다. Basically, the peak shift phenomenon is reduced by the Bragg's diffraction law, which is represented by nλ = 2dsin, and the inter-plane distance of the PZ shifted at a high angle is decreased and the inter-plane distance of the PT shifted at a low angle is increased have. The PZ-PT mixed film prepared by Example 3, which was heat-treated at 650 ° C, exhibited no peaks for the specific surface indexes of PZ and PT, and the (101) and (110) (PZ-Rhombohedral, PT-Tetragonal) forms a solid solution, and thus it can be concluded that PZT is synthesized.

BT-NN 세라믹 복합체 분석BT-NN Ceramic Composite Analysis

BT-NN 혼합체 막을 열처리하여 화학적 반응 및 물질이동에 따른 결정학적 변화를 살펴보고자 X-선 회절(XRD) 분석을 수행하였다. X-ray diffraction (XRD) analysis was performed to investigate the crystallographic changes due to chemical reaction and mass transfer by heat treatment of the BT-NN mixture film.

도 21은 실시예 4 내지 실시예 8 (실시예 4~8 모두입니다) 및 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 막의 2θ = 20~60° 구간에서의 X-선 회절분석 그래프이다.21 is an X-ray diffraction analysis graph of the BT-NN film prepared in Examples 4 to 8 (all of Examples 4 to 8) and Comparative Example 2 at 2? = 20 to 60 °.

도 21을 참조하면, 각각의 온도 조건에서 열처리된 실시예 4 내지 실시예 8에 의해 준비된 BT-NN 복합체 막은 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 혼합체 막의 피크 강도에 비해 상대적으로 피크 강도가 상승하는 현상을 보이고 있다. 즉, 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 혼합체 막의 BT와 NN의 면지수에 해당하는 각각의 피크는 서로 비슷한 피크 강도를 갖지만, 열처리 온도가 순차적으로 상승할수록 NN에 해당되는 피크 강도는 상대적으로 증가하는 특성을 나타내고 있다. 앞서 살펴본 바와 같이, 열처리 온도 상승에 의한 물질의 결정성 향상은 막 전체의 결정 구조에 지배적인 역할을 한다고 해석할 수 있다. Referring to FIG. 21, the BT-NN composite film prepared according to Examples 4 to 8 which were heat-treated under the respective temperature conditions had a peak intensity relatively higher than the peak intensity of the BT-NN mixture film prepared by Comparative Example 2 . That is, the peaks corresponding to the surface indices of BT and NN of the BT-NN mixture film prepared by Comparative Example 2 have similar peak intensities to each other, but the peak intensity corresponding to NN is relatively increased as the heat treatment temperature is sequentially increased Respectively. As described above, it can be interpreted that the improvement in the crystallinity of the material due to the elevation of the heat treatment temperature has a dominant role in the crystal structure of the entire film.

도 22는 실시예 4 내지 실시예 8 및 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 막 및 BT, NN 분말 및 BT-NN 혼합 분말의 2θ = 21~34° 구간에서의 X-선 회절분석 그래프이다.22 is an X-ray diffraction analysis graph of the BT-NN film, BT, NN powder and BT-NN mixed powder prepared in Examples 4 to 8 and Comparative Example 2 at 2? = 21 to 34?

도 22를 참조하면, 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 막은 22° 부근의 BT(001)(100) 면과 22.8° 부근의 NN(101)(020)면 사이에 피크가 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 이는 300℃ 이상의 온도로 열처리된 BT-NN 복합체 막에서 NN(101)(020) 방향으로 피크가 시프트하는 현상을 보인다. 이와 같은 피크 시프트 현상은 브래그의 회절법칙에 의해 높은 각도로 시프트된 면간거리는 전체적으로 감소하였다고 판단할 수 있다. 상기 피크 시프트 현상은 31.5 부근의 BT(101)(110) 면과 32.3 부근의 NN(200)면에 해당하는 피크에서도 전반적으로 발생하고 있으며, 이는 에어로졸 증착 공정시 강한 충돌로 인한 격자구조의 극심한 뒤틀림과 이에 따라 무질서하게 배열된 BT-NN 혼합체 막의 결정상태가 300℃ 이상의 열적요인에 의해 BT와 NN이 갖는 원래의 면간거리로 결정구조가 회복되는 현상으로 이해할 수 있다. 22, it can be seen that a peak appears in the BT-NN film prepared by Comparative Example 2 between the BT (001) (100) plane at 22 ° and the NN (101) (020) plane at 22.8 ° , Which indicates that the peak shifts toward the NN 101 (020) direction in the BT-NN composite film heat-treated at a temperature of 300 ° C or higher. This peak shift phenomenon can be judged by the Bragg's diffraction law as a whole that the inter-plane distance shifted at a high angle is reduced. The peak shift phenomenon generally occurs even in the peaks corresponding to the BT (101) (110) plane of about 31.5 and the NN (200) plane of about 32.3, which is caused by severe collision of the lattice structure due to strong collision during the aerosol deposition process And the crystal structure of the BT-NN mixture film which is disorderly arranged is recovered by the original interplanar distance of BT and NN due to the thermal factor of 300 ° C or more.

도 23은 실시예 4 내지 실시예 8 및 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 막 및 BT, NN 분말 및 BT-NN 혼합 분말의 2θ = 50~63° 구간에서의 X-선 회절분석 그래프이다. FIG. 23 is an X-ray diffraction analysis graph of the BT-NN film prepared by Examples 4 to 8 and Comparative Example 2, and the BT, NN powder and BT-NN mixed powder at 2θ = 50 to 63 °.

도 23을 참조하면, 2θ = 50~63° 구간에서의 X-선 회절분석도 앞선 결과와 마찬가지로 열처리 온도가 상승함에 따라 52.3 및 57.7에 해당하는 NN 피크의 강도가 BT에 비해 상대적으로 큰 폭으로 상승하였고, 600℃ 에서 포화하는 경향을 나타내었고, 700℃에서는 피크 강도가 다시 감소하였다. Referring to FIG. 23, the X-ray diffraction analysis at 2θ = 50 to 63 ° shows that the intensity of the NN peak corresponding to 52.3 and 57.7 is larger than that of BT as the annealing temperature increases And showed a tendency to saturate at 600 ° C. At 700 ° C, the peak intensity again decreased.

도 24a는 실시예 4 내지 실시예 8 및 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 막의 2θ= 32.3° NN 피크의 강도 변화를 도시한 그래프이다. 24A is a graph showing changes in the intensity of 2? = 32.3 N N peak of the BT-NN film prepared by Examples 4 to 8 and Comparative Example 2. FIG.

도 24a를 참조하면 32.3° = NN peak 의 강도는 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 막의 강도에 비해 300℃ 온도로 열처리시 감소하는 모습을 보이고 있으며, 이는 앞서 피크 시프트(peak shift) 현상을 통해 무질서한 결정상태가 원래의 면간거리로 회복되어 결정성이 증가되는 과정이 아닌 결정구조가 전체적으로 변화하는 온도라는 것을 유추해 볼 수 있다. Referring to FIG. 24A, the intensity of the NN peak at 32.3 ° is lower than the intensity of the BT-NN film prepared at the temperature of 300 ° C. by the heat treatment prepared in Comparative Example 2. This is due to a peak shift phenomenon It can be inferred that the disordered crystal state is the temperature at which the crystal structure is totally changed, not the process of recovering to the original plane distance and increasing the crystallinity.

이와는 다르게 32.3° = NN peak 은 400 내지 500℃ 온도구간을 거치면서 절대적인 피크 강도 값이 2배 이상으로 급격하게 상승하는 것을 확인할 수 있으며 최종적으로 500 내지 600℃ 온도구간에서 포화되어 700℃ 온도에서는 다시 감소하는 것을 알 수 있다. In contrast to this, it can be seen that the peak intensity value of 32.3 ° = NN peak sharply increases to more than 2 times as the absolute peak intensity value passes through the temperature range of 400 to 500 ° C. Finally, it is saturated at 500 to 600 ° C, . &Lt; / RTI &gt;

도 24b는 실시예 4 내지 실시예 8 및 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 막의 2θ: 32.3° NN 피크의 반치폭(FWHM) 값의 변화를 도시한 그래프이다. FIG. 24B is a graph showing a change in the half width (FWHM) value of the 2?: 32.3 ° NN peak of the BT-NN film prepared by Examples 4 to 8 and Comparative Example 2;

도 24b를 참조하면, FWHM 값 역시 앞서 살펴본 32.3 NN 피크 강도와 유사하게, 600℃ 온도 조건에서 그 값이 포화되는 현상을 보인다. 앞서 살펴본 바와 같이, NN 성분의 결정면에 대한 피크 강도의 포화지점은 500 내지 600℃ 온도 구간으로 생각할 수 있으며, FWHM의 절대적인 값이 최소가 되는 온도는 600℃ 에서 그 값이 포화상태가 되었다고 판단할 수 있다.Referring to FIG. 24B, the FWHM value is also saturated at a temperature of 600 ° C, similar to the 32.3 NN peak intensity. As described above, the saturation point of the peak intensity with respect to the crystal plane of the NN component can be considered as a temperature range of 500 to 600 ° C., and the temperature at which the absolute value of the FWHM becomes minimum is determined to be saturated at 600 ° C. .

도 25a는 실시예 4 내지 실시예 8 및 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 막의 57.7° NN 피크의 강도 변화를 도시한 그래프이다. 25A is a graph showing a change in intensity of a 57.7 DEG NN peak of a BT-NN film prepared by Examples 4 to 8 and Comparative Example 2. FIG.

도 25a를 참조하면, 앞서 살펴본 2θ: 32.3° NN 피크와 유사하게 500 내지 600℃ 온도 구간 사이에서 포화되어 700℃ 온도 조건에서는 다시 감소하는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 25A, it can be seen that the peak is saturated in the temperature range of 500 to 600 DEG C similar to the 2: 32.3 DEG NN peak described above, and decreases again at 700 DEG C temperature condition.

도 25b는 실시예 4 내지 실시예 8 및 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 막의 57.7° NN 피크의 반치폭(FWHM) 값의 변화를 도시한 그래프이다. 25B is a graph showing the change of the half width (FWHM) value of the 57.7 DEG NN peak of the BT-NN film prepared by Examples 4 to 8 and Comparative Example 2. Fig.

도 25b를 참조하면, 앞서 살펴본 2θ: 32.3° NN 피크의 FWHM 값과 유사하게 600℃ 온도 조건에서 그 값이 포화되는 현상을 보인다. Referring to FIG. 25B, the value is saturated at a temperature of 600 ° C, similar to the FWHM value of the 2θ: 32.3 ° NN peak described above.

<< 실험예Experimental Example 4> 결정면의  4> 면간거리Facing distance (d-(d- spacingspacing ) 변화 및 변형률 분석) Change and strain analysis

PZ-PT 세라믹 복합체 분석PZ-PT Ceramic Composite Analysis

일반적으로 XRD 패턴에서 결정면의 피크 이동 현상은 면간거리(d-spacing)가 바뀌어 과는 과정에 의해 발생하며, PZ-PT 혼합체 막 및 PZ-PT 복합체 막의 결정학적 변화를 더욱 자세하게 알아보기 위해, 비교예 1에 의해 준비된 PZ-PT 혼합체 막, 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3에 의해 준비된 PZ-PT 복합체 막을 XRD 분석을 통해 면간거리(d-spacing)의 변화를 분석하였으며, 그 결과를 도 9에 나타내었다.Generally, in order to investigate the crystallographic changes of the PZ-PT and PZ-PT composite membranes more precisely, the peak shift of the crystal plane in the XRD pattern occurs due to the change of the d-spacing. The PZ-PT composite membrane prepared by Example 1, the PZ-PT composite membrane prepared by Example 1, Example 2 and Example 3 were analyzed for the change of d-spacing by XRD analysis, Is shown in Fig.

도 9(a)에 나타낸 바에 따르면, 30.3°에 해당하는 PZ(040)(221)면의 d-spacing 값은 비교예 1에 의한 PZ-PT 혼합체 막 조건은 실시예 2의 450℃로 열처리된 PZ-PT 복합체 조건과 비교하였을 때 크게 감소하며, 실시예 1의 550℃의 온도 조건에서 포화(saturation) 되는 현상을 보여주고 있다. 이와는 다르게 도 9(b)의 31.2°에 해당하는 PT(101)면의 경우 450 내지 550℃의 온도구간에서는 열처리가 수행된 PZ-PT 복합체의 d-spacing 값이 소폭으로 증가하지만, 실시예 3의 650℃에서 열처리가 수행된 PZ-PT 복합체는 그 값이 급격하게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는 PZT의 단성분인 PZ는 큐리 온도(qurie tempaerature, Tc )가 230℃로 저온 상전이 구조를 갖는 물질이며, PT는 큐리 온도가 490℃로 고온 상전이 구조를 갖는 물질임을 감안하여 생각해보면, 낮은 열처리 온도구간에서 PZ의 지배적인 반응과 높은 열처리 구간에서의 PT의 지배적인 특성을 관련지어 생각해 볼 수 있다. 결과적으로 T c의 온도구간에 해당되는 물질의 반응성이 급격하게 증가한다고 이해할 수 있으며, 격자적 관점에서는 열처리 온도에 따른 PZ, PT의 확산 및 물질이동 등의 영향(stress field)을 상호적으로 주고받는 과정을 통해 각각의 격자상수가 결정된 것으로 생각할 수 있다. 9 (a), the d-spacing value of the PZ (040) (221) plane corresponding to 30.3 ° is the same as that of the PZ-PT mixed film according to Comparative Example 1, PZ-PT complex condition, and shows a phenomenon of saturation at the temperature condition of 550 DEG C of Example 1. [0053] In contrast, in the case of the PT (101) plane corresponding to 31.2 ° in FIG. 9 (b), the d-spacing value of the PZ-PT composite subjected to heat treatment slightly increased in the temperature range of 450 to 550 ° C., The PZ-PT composite subjected to the heat treatment at 650 ° C rapidly increased in value. Considering that PZ, which is a single component of PZT, is a material having a low temperature phase transition structure with a qurie tempaature (T c ) of 230 ° C and PT having a high temperature phase transition structure at a Curie temperature of 490 ° C, The dominant reaction of PZ in the heat treatment temperature range and the predominant characteristics of PT in the high heat treatment zone can be considered in relation to each other. As a result, it can be understood that the reactivity of the material corresponding to the temperature range of T c is drastically increased. From the lattice point of view, it is understood that the stress field of PZ and PT diffusing and mass transfer is mutually It can be considered that each lattice constant is determined through the receiving process.

도 9와 같이 결정의 면간거리 변화는 상평형도(phase diagram) 상에서 PZ와 PT가 상호적으로 반응하여 조성적으로 PZT가 형성되고, PZT 생성의 방향적 변화는 온도에 의존한다고 설명할 수 있다. 하지만 d-spacing과 같은 결정학적 정보를 정량적으로 해석하면 해당 결정면에 대한 변형의 정도를 현상학적으로 파악할 수 있으며, 도 9에 나타낸 물리량을 결정면의 변형률로 계산하여 물질의 상대적인 변화를 설명할 수 있다. As shown in FIG. 9, the change in the interplanar spacing of crystals can be explained by the fact that PZ and PT interact with each other on the phase diagram to form PZT formally, and the directional change of PZT generation depends on temperature . However, if the crystallographic information such as d-spacing is quantitatively analyzed, the degree of deformation of the crystal plane can be grasped phenomenologically, and the relative amount of the material can be explained by calculating the physical quantity shown in FIG. 9 as the strain of the crystal plane .

비교예 1에 의해 준비된 PZ-PT 혼합체 막은 외부의 열적요인에 의한 고용체가 생성되지 않는다고 볼 수 있으며, PZT가 최초로 형성된다고 보는 실시예 2의 450℃ 에어로졸 증착 막의 d-spacing을 'd0' 값으로 고정시키고, 실시예 1의 550℃ 및 실시예 3의 650℃의 온도에서 열처리한 PZ-PT 혼합체 막의 d-spacing 값을 각각 'd1'과 'd2'라고 하면 실시예 1의 550℃에서 d-spacing에 따른 변형률은 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. Comparison see Example 1 PZ-PT mixture prepared by the film not being a solid solution is generated by thermal factor of the outside, and that the exemplary viewing PZT is formed of a first example 2 450 ℃ aerosol deposited film d-spacing 'd 0' , And heat-treated at 550 ° C in Example 1 and 650 ° C in Example 3 to obtain a PZ-PT mixture If the d-spacing values of the film are respectively d 1 and d 2 , the strain according to d-spacing at 550 ° C. of the first embodiment can be expressed by the following equation (1).

<수학식 1>&Quot; (1) &quot;

변형률(lattice distortion,%) = ((d1 - d0)/d0) x 100Lattice distortion (%) = ((d 1 - d 0 ) / d 0 ) x 100

본 발명의 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3에서 각각의 열처리 온도에 따른 격자 변형률을 계산한 결과를 도 10에 나타내었다. The results of calculating the lattice strain according to the respective heat treatment temperatures in Examples 1, 2 and 3 of the present invention are shown in FIG.

도 10에 나타낸 바에 따르면, PZ-PT 혼합체 막에 450℃를 초과하는 온도를 가하면 전체적으로 발생하는 변형률은 PT 물질이 PZ 보다 상대적으로 크다는 것을 알 수 있다. 또한, PZ(040)(221)면의 변형은 실시예 1의 열처리온도인 550℃ 온도에서 변곡점을 보이며 포화된 상태라고 볼 수 있으나, 비교예 3의 열처리 온도인 650℃ 온도에서 PT(101)면의 변형의 정도는 PZ(040)(221)면의 변형에 비해 10배 이상 크게 발생한다는 것을 알 수 있다. 즉, 격자적 관점에서 PZ-PT 혼합체 막에 외부의 열적 요인을 가하면 PZ와 PT의 변형이 동시에 발생하지만 550℃ 온도에 도달하면 PZ의 변형은 거의 포화상태가 되며, PT의 격자변형은 550 내지 650℃ 온도구간에서 PZ에 비해 상대적으로 급격하게 발생되는 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 10, when the temperature exceeding 450 ° C. is applied to the PZ-PT mixture film, it can be seen that the strain occurring as a whole is relatively larger than that of PZ. The deformation of the PZ (040) (221) plane may be regarded as a saturated state at an inflection point at a heat treatment temperature of 550 deg. C in Example 1. However, in the case of PT 101 at a heat treatment temperature of 650 deg. It can be seen that the degree of deformation of the surface is 10 times or more larger than the deformation of the PZ (040) (221) plane. From the lattice point of view, the PZ-PT mixture PZ and PT deformation occurs simultaneously when external heat is applied to the film. However, when the temperature reaches 550 ° C, the deformation of PZ is almost saturated and the lattice strain of PT is relatively higher than PZ at 550 to 650 ° C It can be confirmed that it occurs suddenly.

i ) 550℃ 온도에서 PZ(040)(221)의 변형에 대한 PT(101)의 변형률 : 2.58배i) Strain of PT 101 against deformation of PZ (040) 221 at 550 ° C: 2.58 times

ii) 650℃ 온도에서 PZ(040)(221)의 변형에 대한 PT(101)의 변형률 : 10.79배ii) Strain of PT 101 against deformation of PZ (040) (221) at 650 ° C: 10.79 times

절대적인 수치로 생각해보면 PZ의 변형도 다양한 온도구간에서 끊임없이 발생하지만 550℃ 이상의 온도에서는 PT의 화학적 변화가 PZ에 비해 지배적(dominant)으로 작용함을 알 수 있으며, 열처리를 통해 상호적으로 고용되어 있는 PZ-PT 혼합체 막의 구조에서의 550 내지 650℃ 온도구간은 격자구조의 극심한 뒤틀림(distortion)을 발생시키는 온도라고 볼 수 있다. 이와 같은 변화는 크게 조성에 의해 발생하였지만 변형의 관점에서는 격자의 변형이 특정 온도구간에서 심하게 발생되었다는 사실로 공공(vacancy) 및 전위(dislocation) 등으로 대표되는 결정격자결함(crystal lattice defect)이 발생할 수 있는 요소가 많아졌다고 판단되며, 이와 같이 다양한 물리량을 토대로 최종적으로 제작되는 PZ-PT 증착 막의 전기적 특성과의 상관관계를 유추하고자 하였다. Considering absolute values, the deformation of PZ occurs constantly at various temperature ranges, but at temperatures above 550 ° C, the chemical change of PT acts dominantly compared to PZ. PZ-PT mixture The temperature range of 550 to 650 占 폚 in the film structure can be regarded as a temperature that causes severe distortion of the lattice structure. These changes are caused largely by the composition, but from the viewpoint of deformation, the deformation of the lattice is severely generated at a certain temperature range, and crystal lattice defects such as vacancy and dislocation are generated The PZ-PT deposited film was fabricated by using the PZ-PT deposited film.

<< 실험예Experimental Example 5>  5> 제한시야전자회절(SAED)분석을Limited field electron diffraction (SAED) analysis 통한 결정구조 확인 Confirm crystal structure through

PZ-PT 세라믹 복합체 분석PZ-PT Ceramic Composite Analysis

상기 실시예 1에 의해 준비된 PZ-PT 복합체 막의 나노결정립의 형상 및 구조의 변화, 성분 분포 등을 확인하기 위해 TEM 시편을 제작하였고, TEM을 통해 분석한 제한시야전자회절(SAED) 패턴의 결과를 도 11에 나타내며, 지수기입(indexing) 결과는 전자의 회절(electron diffraction)에 대한 SAED 패턴의 반지름(R)을 측정 한 뒤 카메라 상수(camera constant)를 대입하여 실제 결정의 면간거리(lattice spacing)에 해당하는 성분의 면지수(miller index)를 표기하여 나타내었다. TEM specimens were prepared to confirm the shape and structure of the nanocrystalline pores of the PZ-PT composite membrane prepared in Example 1, and the distribution of the components, and the results of the SAED pattern of the limited field electron diffraction (TEM) 11, the exponent indexing results are obtained by measuring the radius (R) of the SAED pattern for the electron diffraction and then substituting the camera constant for the lattice spacing of the actual crystal, Is expressed in the form of a miller index.

SAED 분석은 기본적으로 큰 결정립이 존재하면 해당 결정면에 따라 회절 되어 규칙성을 갖는 패턴으로 나타나게 되며 단결정 상태일수록 여러 가지의 패턴은 하나의 패턴으로 나타나게 되는데, 도 11에 나타낸 PZ-PT 복합체 막의 SAED 패턴은 많은 점(spot)들이 다양한 지름을 갖는 원형의 링(ring)을 구성하고 있는 형태가 나타나고 있음을 확인할 수 있다. 이와 같은 결과는 전자빔(electron beam)으로 투과된 PZ-PT 복합체 막 내부의 결정구조가 나노결정립을 갖는 다결정(polycrystalline)의 상태임을 예측할 수 있으며, 실제 측정한 링 패턴의 반지름을 카메라 상수 값으로 나누어 표기한 결과 PZ, PT 그리고 PZT 결정면에 대한 회절패턴이 모두 나타난 것으로 확인되었다. The SAED analysis basically diffracts according to the crystal plane in the presence of large crystal grains and appears as a pattern having regularity. In the single crystal state, various patterns appear as one pattern. The PZ-PT complex The SAED pattern of the film shows that many spots constitute a circular ring having various diameters. These results indicate that PZ-PT complexes transmitted through the electron beam It can be predicted that the crystal structure inside the film is a polycrystalline state with nanocrystalline. By dividing the actual measured ring pattern radius by the camera constant value, the diffraction patterns for PZ, PT and PZT crystal planes are all represented Respectively.

BT-NN 세라믹 복합체 분석BT-NN Ceramic Composite Analysis

도 26는 상기 실시예 4에 의해 준비된 BT-NN 세라믹 복합체 막의 제한시야전자회절(SAED) 패턴 분석사진이다.26 is a photograph of a limited field electron diffraction (SAED) pattern of the BT-NN ceramic composite film prepared according to Example 4. FIG.

도 26을 참조하면 BT-NN 복합체 막의 SAED 패턴은 많은 점(spot)들이 다양한 지름을 갖는 원형의 링(ring)을 구성하고 있는 형태가 나타나고 있음을 확인할 수 있다. 이와 같은 결과는 전자빔(electron beam)으로 투과된 BT-NN 복합체 막 내부의 결정구조가 나노결정립을 갖는 다결정(polycrystalline)의 상태임을 예측할 수 있으며, 실제 측정한 링 패턴의 반지름을 카메라 상수 값으로 나누어 표기한 결과 BT 그리고 NN 결정면에 해당하는 간격의 다양한 회절패턴이 나타난 것으로 확인되었다. Referring to FIG. 26, it can be seen that the SAED pattern of the BT-NN composite film shows a shape in which a lot of spots constitute a circular ring having various diameters. These results indicate that the BT-NN complex transmitted through the electron beam It can be predicted that the crystal structure inside the film is in a polycrystalline state with nanocrystalline. By dividing the radius of the actually measured ring pattern by the camera constant value, various diffraction patterns corresponding to the BT and NN crystal planes are obtained. Respectively.

<< 실험예Experimental Example 6> 재료 내부의 형상 및 결정상태 분석 6> Analysis of shape and crystal state inside material

PZ-PT 세라믹 복합체 분석PZ-PT Ceramic Composite Analysis

PZ, PT, PZT의 결정학적 상태를 형상적으로 관찰하기 위해 상기 실시예 1에서 제조된 PZ-PT 복합체 막에 대한 고분해능투과전자현미경(HR-TEM) 분석을 실시하였고, HR-TEM 이미지와 FFT(fast fourier transform) 분석결과를 도 12에 나타내었으며, 단일 결정면의 패턴을 보이는 부분은 Area, 결정면의 패턴이 교차되는 경계부분을 Boundary area로 표기하였고, HR-TEM 이미지 전체에 해당하는 Overall FFT 패턴과 각각의 면적에 해당하는 FFT 결과를 전체적으로 나타내었다. A high resolution transmission electron microscope (HR-TEM) analysis was performed on the PZ-PT composite membrane prepared in Example 1 to observe the crystallographic states of PZ, PT and PZT. HR-TEM images and FFT The results of the fast fourier transform analysis are shown in FIG. 12. The area where the pattern of a single crystal plane is represented is expressed as Area, and the boundary portion where the pattern of the crystal plane intersects is indicated as a boundary area. The overall FFT pattern corresponding to the entire HR- And the FFT results corresponding to the respective areas are shown as a whole.

도 12에 나타낸 바에 따르면, 앞서 실험예 5의 SAED 분석에서 확인한 바와 같이 HR-TEM 이미지에서 보여주는 형상은 PZ, PT, PZT 성분에 해당하는 결정면이 존재하는 다결정의 상태임을 나타내고 있으며, 각각의 나노결정립은 일정한 경계를 바탕으로 서로 공존하고 있는 것을 확인할 수 있다. Area 1에 해당하는 결정면의 패턴에서 측정된 면간거리는 0.207 nm 간격을 보이며 결정학적으로 Tetragonal PZT(002), PT(002)의 면이 동일한 0.207 nm 의 면간거리를 갖는 수치이므로 함께 나타내었다. 또한 Area 2에 해당하는 패턴에서 측정된 면간거리는 0.293 nm 간격을 보이는 PZ(040)(221)에 해당하는 거리이며, PZ(040), (221)면은 미소한 차이의 면간거리를 가지므로 두 개의 면지수를 같이 표기하였다. 마지막으로 HR-TEM 이미지의 Area 1 : PT(PZT) 와 Area 2 : PZ의 결정면이 만나는 지점을 Area 3 : Boundary area 와 같이 표기하였으며, 이 경계부분에서 나타나는 결정학적 정보는 live FFT를 통해 경계부분의 패턴을 확인하였다. 12, as shown in the SAED analysis of Experimental Example 5, the shape shown in the HR-TEM image shows a state of polycrystals in which crystal faces corresponding to the PZ, PT, and PZT components are present, and each nanocrystal Can coexist with each other based on a certain boundary. The interplanar spacings measured in the pattern of the crystal plane corresponding to Area 1 are 0.207 nm, and are shown together with the interplanar spacing of 0.207 nm, which is the crystallographic plane of tetragonal PZT (002) and PT (002). In addition, the distance between the faces measured in the pattern corresponding to Area 2 is a distance corresponding to PZ (040) (221) with 0.293 nm intervals, and PZ (040) and (221) Two surface indices are indicated together. Finally, the point where the Area 1: PT (PZT) of the HR-TEM image meets the crystal plane of Area 2: PZ is expressed as Area 3: Boundary area, .

Boundary area의 FFT 패턴은 Area 1, 2 각각에서 나타나는 단일 결정면의 패턴이 아닌 PT(002), PZT(002), PZ(040)(221)에 해당하는 패턴이 동시에 구현되며 변환된 Inverse FFT 이미지를 통해 각각의 단일 결정면이 서로 뒤틀리며 경계부분을 형성하는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 경계부분에서 발생하는 격자의 뒤틀림(lattice distortion) 현상은 결정의 면간거리를 변화시키며 앞서 실험예 4의 결과에서 언급한 면간거리 변화에 따른 격자의 변형률은 막 내에 존재하는 수많은 경계에서 발생되는 뒤틀림에 기인한 것임을 확인할 수 있다. 결론적으로 변형에 의한 결함요소가 극단적으로 발생하게 된다면 재료 전체에 틈(crack)이 발생할 수 있으며 이는 최종적으로 제작되는 제품의 기계적, 전기적 특성의 손실을 초래할 수 있는 중요한 요인으로 볼 수 있다. The FFT pattern of the bounded area is a pattern of PT (002), PZT (002), PZ (040) (221), which is not a single crystal plane pattern appearing in each of Area 1 and 2, It can be seen that each single crystal plane is twisted to form a boundary portion. The lattice distortion phenomenon occurring at the boundary portion changes the interplanar spacing of the crystal, and the strain of the lattice according to the inter-plane distance change mentioned in the result of Experimental Example 4 is generated at a number of boundaries existing in the film It can be confirmed that it is caused by distortion. As a result, cracks can occur throughout the material if defects due to deformation occur extensively, which can be an important factor that can lead to the loss of the mechanical and electrical properties of the final product.

BT-NN 세라믹 복합체 분석BT-NN Ceramic Composite Analysis

도 27은 상기 실시예 4에 의해 준비된 BT-NN 세라믹 복합체 막의 HR-TEM 사진 및 FFT 패턴을 도시한 것이다. 단일 결정면의 패턴을 보이는 부분은 Area, 결정면의 패턴이 교차되는 경계부분을 Boundary area로 표기하였고, 각각의 영역에 해당하는 FFT 패턴을 각각 나타내었다. FIG. 27 shows an HR-TEM photograph and an FFT pattern of the BT-NN ceramic composite film prepared according to Example 4. FIG. The area where the pattern of a single crystal plane is shown is expressed as Area, and the boundary portion where the pattern of crystal plane intersects is denoted by Boundary area, and the FFT pattern corresponding to each area is shown.

도 27을 참조하면, HR-TEM 이미지에서 나타내고 있는 BT-NN 복합체의 결정구조는 BT, NN 각각의 성분에 해당하는 결정면이 존재하는 다결정의 상태임을 알 수 있으며, 각각의 나노결정립은 일정한 경계를 바탕으로 서로 공존하고 있는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 27, it can be seen that the crystal structure of the BT-NN composite shown in the HR-TEM image is a state of polycrystals in which crystal planes corresponding to the respective components of BT and NN exist, and each nano- It can be confirmed that they coexist with each other.

Aera 1에 해당하는 결정면의 패턴에서 측정된 면간거리는 0.276nm 간격을 갖는 orthorhombic NN(002)면에 해당되는 면간거리이며, Area 2에 해당하는 결정면의 패턴에서 측정된 0.399 nm 간격은 tetragonal BT(100) 면에 해당하는 면간거리의 수치가 측정되었다. 또한, Area 1 : orthorhombic NN(002)와 Area 2 : tetragonal BT(100) 결정면이 교차되는 영역을 Area 3 : Boundary area 와 같이 나타내었고 이 경계부분의 실시간 FFT Area 1, 2 패턴은 각각의 영역에서 나타나는 단일 결정면의 패턴이 아닌 NN(002) 와 BT(100) 면에서 나타나는 패턴이 동시에 구현됨을 알 수 있으며, Inverse FFT 변환된 이미지를 통해 각각의 단일 결정면이 서로 교차되며 경계부분을 형성하는 것을 확인할 수 있다. 이와 같은 경계부분에서 발생하는 격자의 뒤틀림은 나노크기를 갖는 결정면들의 상호 공존을 위해 격자자체에 스트레스가 발생하여 결정의 면간거리를 변화시키는 현상으로 이해할 수 있으며, 이는 앞서 반치폭(FWHM), 격자 변형(lattice strain) 등의 값에 기인한 물리량에 상당한 영향을 주는 요소라고 할 수 있다.The interplanar spacing measured in the crystal plane corresponding to Aera 1 is the interplanar spacing corresponding to the orthorhombic NN (002) plane with the interval of 0.276 nm, and the interval of 0.399 nm measured from the plane of the crystal plane corresponding to the Area 2 is the tetragonal BT 100) plane was measured. Area 3: Boundary area where the intersection of the area 1: orthorhombic NN (002) and the area 2: tetragonal BT (100) crystal plane is represented as real area FFT Area 1, It can be seen that patterns appearing on the NN (002) and BT (100) planes are realized simultaneously, not on the single crystal plane appearing, and it is confirmed that each single crystal plane intersects each other through the inverse FFT transformed image to form a boundary portion . The distortion of the lattice occurring at the boundary portion can be understood as a phenomenon in which stress is generated in the lattice itself for mutual coexistence of nano-sized crystal planes, thereby changing the interplanar spacing of crystals. This is because the FWHM, and a lattice strain, which is a factor affecting the physical quantity.

<< 실험예Experimental Example 7> 에너지 분산 엑스선 프로파일을 통한 내부의 성분분석 7> Analysis of internal components by energy dispersive X-ray profile

PZ-PT 세라믹 복합체 분석PZ-PT Ceramic Composite Analysis

PZ-PT 혼합체 막의 내부구조에서 관찰할 수 있는 미시적 현상, 즉 나노 영역에서의 성분분포를 확인하기 위해 상기 실시예 1에 의해 준비된 PZ-PT 혼합체 막에 대해 에너지 분산 엑스선 이미지 맵핑(EDX elemental image maps) 분석을 실시하였으며 그 결과를 도 13 및 14에 나타내었다. PZ-PT mixture To confirm the microscopic phenomenon observed in the internal structure of the membrane, that is, the distribution of the components in the nano region, the PZ-PT mixture prepared by Example 1 An analysis of the energy dispersive X-ray image maps (EDX elemental image maps) was performed on the membrane, and the results are shown in FIGS. 13 and 14.

도 13을 참조하면, 전체적으로는 티타늄(Ti):지르코늄(Zr) 성분이 13.42:12.46 atomic%로 약 1:1 비율로 분포한다는 것을 나타내고 있으며, 이미지에 나타낸 경계의 상단영역에는 Ti 원소가, 하단영역에는 Zr 원소가 상대적으로 과잉 분포되어 있음을 확인할 수 있다. 즉 국부적인 영역에서 Ti 혹은 Zr 성분이 과잉 분포되어 존재하지만 PT 풍부(rich) 영역에서 Zr 성분이 아예 존재하지 않는 것은 아니며, 반대로 PZ 풍부 영역에도 Ti 성분이 어느 정도 분포하고 있음을 보여주고 있다. 또한, 물질의 과잉분포 영역이 교차되는 조성경계에 해당하는 부분은 PZ+PT 와 같이 표기하였고 이 영역에서는 Ti 와 Zr 성분이 고르게 분포하고 있음을 확인할 수 있으며, Ti 및 Zr 원소를 제외한 납(Pb), 산소(O)의 성분은 전체적으로 고르게 분포함을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 13, it is shown that the titanium (Ti): zirconium (Zr) component is distributed in a ratio of about 1: 1 at 13.42: 12.46 atomic% as a whole, It can be confirmed that the Zr element is relatively over-distributed in the region. In other words, although Ti or Zr components are over-distributed in the local region, the Zr component is not present in the PT rich region at all, and conversely, the Ti component is also distributed in the PZ rich region. In this region, Ti and Zr elements are uniformly distributed. In addition, it can be seen that Pb, Pb, and Zr elements except Ti and Zr elements are uniformly distributed. It can be confirmed that the component of oxygen (O) is evenly distributed throughout.

결론적으로 도 13의 TEM 이미지 전체에 해당하는 영역의 성분분포는 PZ와 PT 물질이 약 5 : 5 비율로 분포함을 알 수 있고 나노크기의 영역에서 각각의 PZ, PT 혹은 조성적으로 생성된 PZT 성분이 공존하며 이들이 경계를 형성하면서 막을 구성하고 있을 수 있다. As a result, the component distribution of the region corresponding to the entire TEM image in FIG. 13 shows that the PZ and PT materials are distributed in a ratio of about 5: 5, and the PZ, PT or the compositionally generated PZT Components may coexist and constitute a membrane as they form boundaries.

도 14에 나타낸 바에 따르면, 도 13의 EDX 원소 이미지 맵핑 분석의 결과에 비해 더욱 국부적인 영역에서 성분의 경계를 보이고 있다. Pb 와 O 성분은 이미지의 전체 영역에 고르게 분포하고 있음을 알 수 있으며, PT 풍부 영역에서는 Ti 성분이 PZ 풍부 영역에서는 Zr 성분이 각각의 영역에 지배적으로 분포하고 있음을 나타내고 있다. 또한, 점선의 바깥쪽 영역은 Ti 및 Zr 성분이 공존하는 PZ, PT 혹은 조성적으로 PZT를 갖는 물질이 분포하고 있음을 알 수 있고, 보다 자세한 상기 실시예 1을 통해 제작된 550℃ 온도에서 열처리한 PZ-PT 혼합체 막의 성분분포의 변화를 알아보기 위해 분산 엑스선 라인 프로파일 분석(EDX elemental line profile) 분석을 실시하였으며, TEM 이미지에 표시된 라인(line) 을 실시간으로 스캔하여 검출된 성분의 결과를 도 15에 나타내었다.As shown in FIG. 14, the boundaries of components are shown in a more localized area than the results of the EDX element image mapping analysis of FIG. It can be seen that the Pb and O components are uniformly distributed in the entire region of the image, and that the Ti component in the PT-rich region dominates the Zr component in the PZ-rich region. Further, it can be seen that the outer region of the dotted line is composed of PZ, PT or PZT having coexistent Ti and Zr components distributed therein. In detail, the heat treatment at 550 ° C., In order to investigate the change of the composition distribution of a PZ-PT mixture membrane, analysis of EDX elemental line profile was performed, and the line shown in the TEM image was scanned in real time, Respectively.

도 15에 나타낸 바에 따르면, 앞서 언급한 도 14와 동일하게 해당 라인을 스캔한 전체 직선구간에서의 Pb 및 O 성분은 비교적 일정하게 검출되었고, Ti 성분은 라인 우측 영역으로 이동할수록 검출의 양이 증가되고 있으며, Ti 와 Zr 성분이 교차되는 지점에서는 그 값이 급격하게 상승하는 것을 확인할 수 있다. 이와는 반대로 라인 좌측 구간에서 Ti 와 비슷한 분포를 갖는 Zr 성분은 라인 을 따라 우측 영역으로 이동할수록 그 양이 현저하게 감소하는 것을 알 수 있으며, 이와 같은 현상은 Ti 와 Zr 분포가 교차되는 지점에서 서로 다른 성분을 갖는 결정립이 경계를 이루는 구간임을 예측해 볼 수 있다. 결과적으로 도 14에서 설명한 Ti 과잉분포 영역과 현재 도 15의 EDX 에너지 분산 엑스선 라인 프로파일 분석결과는 어느 정도 일치함을 보이고 있으며, Ti와 Zr 성분이 비슷한 양을 보이는 라인의 좌측 영역은 PZ 와 PT 성분을 갖는 결정면들이 조합된 영역, 즉 나노 결정립의 PZ+PT 물질이 고르게 형성되어 있거나, 열처리 과정에 의해 생성된 PZT 조성을 갖는 결정립이 상호 복합적으로 공존하고 있는 영역임을 알 수 있다. 15, the Pb and O components in the entire straight line section where the corresponding line is scanned are detected relatively constant, and the amount of detection increases as the Ti component moves to the right side of the line, as in the case of Fig. , And the value increases sharply at the point where the Ti and Zr components intersect with each other. On the contrary, it can be seen that the amount of Zr component having a distribution similar to that of Ti in the left-hand section of the line decreases remarkably as it moves to the right region along the line, and this phenomenon occurs when the Ti and Zr distributions intersect with each other It can be predicted that the crystal grains having the component are the boundaries. As a result, the results of analysis of the Ti excess distribution region described in FIG. 14 and the EDX energy dispersive X-ray line profile of FIG. 15 are somewhat consistent, and the left region of the line showing a similar amount of Ti and Zr components is PZ and PT component The PZ + PT material of the nanocrystalline is uniformly formed, or the crystal grains having the PZT composition generated by the heat treatment process coexist with each other.

앞서 살펴본 바와 같이, 초기 PZ(52):PT(48) 비율로 단순 혼합된 원료분말을 사용하여 Zr:Ti 가 약 5:5 비율의 비교적 동일한 성분분포를 갖는 PZ-PT 혼합체 막이 제작되었다는 것을 SEM의 EDX 분석을 통해 확인하였다. 이와 같이 거시적(macroscopic) 관점에서의 PZ-PT 혼합체 막은 전체적으로 5:5 성분을 갖는 단순한 물질로 보이지만, 미시적 관점 즉 나노 크기(nano-scale) 영역에서 살펴보면 PZ, PT, PZT 물질이 나노 크기의 영역을 가지며 결정학적, 조성적으로 상호 공존하는 형태임을 알 수 있다. As described above, it was confirmed that a PZ-PT mixed membrane having a relatively equal component distribution of about 5: 5 ratio of Zr: Ti was prepared using the raw powder mixed with the initial PZ (52): PT (48) EDX analysis. In the macroscopic viewpoint, the PZ-PT mixed film seems to be a simple substance having a 5: 5 component as a whole, but when viewed from a microscopic viewpoint, that is, a nano-scale region, And they are crystallographically and formally mutually coexisting.

이와 같이 전체적으로는 하나의 조성분포를 갖는 막으로 생각할 수 있지만 지금까지의 다양한 물리량과 결정학적 정보를 통해 미시적으로는 수많은 경계를 갖는 나노 결정립의 형성과 그에 따른 미세영역의 조성분포를 증명할 수 있었으며, 이와 같은 나노 구조를 설계하고 제작하여 그 특성을 극대화하는 것이 본 발명에서 제안하는 나노클러스터링 기술을 의미한다. 즉 단순 혼합분말을 통한 나노 결정립을 갖는 다결정 세라믹 막의 제작은 벌크 및 다른 형태의 제작 공정에서 구현하지 못하는 물리적 특성을 보이게 된다. As a whole, it can be considered as a film having a single composition distribution. However, through the various physical quantities and crystallographic information to date, it has been possible to prove the formation of nanocrystalline microstructures with microscopic boundaries and the composition distribution of the microstructures, By designing and fabricating such a nanostructure and maximizing its characteristics, it means a nanoclustering technology proposed in the present invention. That is, the fabrication of a polycrystalline ceramic film having nanocrystalline grains through a simple mixed powder exhibits a physical characteristic that can not be realized in bulk and other types of fabrication processes.

BT-NN 세라믹 복합체 분석BT-NN Ceramic Composite Analysis

도 28은 상기 실시예 4에 의해 준비된 BT-NN 세라믹 복합체 막의 에너지 분산 엑스선 이미지 맵핑 분석결과이다.28 is a result of analysis of the energy dispersive X-ray image mapping of the BT-NN ceramic composite film prepared by Example 4 above.

도 28을 참조하면, 전체적으로 BT:NN 성분이 전체적으로는 약 1:1 비율로 분포한다는 것을 나타내고 있으며, 이미지에 나타낸 경계의 하단영역에는 Ba, Ti 성분이, 경계의 상단영역에는 Na, Nb 성분이 상대적으로 과잉 분포함을 나타내고 있다. 이와 같이 국부적인 영역에서 경계를 가지며 BT, NN 각각의 성분이 과잉 분포하지만 BT rich 영역에서 NN 성분이 아예 존재하지 않는 것은 아니며, 반대로 NN rich 영역에도 BT 성분이 어느 정도 존재하고 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 28, it is shown that the BT: NN component as a whole is distributed at a ratio of about 1: 1 as a whole. Ba and Ti components are included in the lower region of the boundary shown in the image, And the relative excess is included. Thus, BT and NN components are over-distributed in the local region, but not in the BT-rich region and not in the NN-rich region. .

도 29는 BT-NN 세라믹 복합체 막의 라인 프로파일 분석결과이다.29 is a line profile analysis result of the BT-NN ceramic composite film.

도 29를 참조하면, 해당 라인 스캔한 전체구간에 대해 산소(O) 성분은 비교적 일정하게 검출되었고, 바륨(Ba) 와 티타늄(Ti) 성분은 라인 대각선 우측 방향의 구간으로 이동할수록 검출의 양이 증가하였으며, 이는 나트륨(Na) 와 나이오븀(Nb) 성분이 교차되는 지점에서 급격하게 검출의 양이 증가되는 것을 확인할 수 있다. 이와는 대조적으로 Na 와 Nb 성분은 라인 대각선 좌측 방향의 구간으로 이동할수록 검출의 양이 증가되고 있으나, NN 풍부 영역은 상대적으로 BT 성분보다 NN 성분의 양이 많은 구간으로 생각해야 하며, 이 영역에서는 각각의 BT 및 NN 성분이 공존하고 있는 영역이라고 볼 수 있다.Referring to FIG. 29, the oxygen (O) component is relatively constantly detected for the entire line scan section, and the barium (Ba) component and the titanium (Ti) component are shifted to the right diagonal line section, , Indicating that the amount of detection increases rapidly at the intersection of sodium (Na) and niobium (Nb) components. In contrast to this, the amount of Na and Nb components increases as the line diagonally to the left. However, the NN-rich region should be regarded as a region having a larger NN content than the BT component. In this region, Can be regarded as a region in which BT and NN components coexist.

<< 실험예Experimental Example 8> 전기장에 대한  8> for the electric field 분극의Polar 이력곡선 분석을 통한  Through hysteresis curve analysis 강유전특성Ferroelectric properties 분석 analysis

PZ-PT 세라믹 복합체 분석PZ-PT Ceramic Composite Analysis

실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에 의해 준비된 PZ-PT 막의 전기적 특성을 알아보기 위해 400kV/cm 동일한 전기장에서 전기장에 대한 분극의 이력곡선(P-E hysteresis loop) 분석을 실시하였으며, 그 결과를 도 16에 나타내었다. In order to examine the electrical characteristics of the PZ-PT films prepared by Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, a P-E hysteresis loop analysis was performed on the electric field at an electric field of 400 kV / cm at the same electric field, The results are shown in Fig.

도 16에 나타낸 바에 따르면, 비교예 1에 의해 준비된 PZ-PT 혼합체 막은 포화분극(P s) 값이 현저하게 낮고, 잔류분극(P r) 거의 존재하지 않는 전형적인 상유전체(paraelectric crystal)의 이력곡선을 보여주고 있다. 이는 에어로졸 증착시 분말과 기판의 물리적 충돌로 인한 강한 잔류응력의 발생과 더불어 마이크로 크기의 원료분말이 갖는 결정상태가 나노크기로 분쇄되는 과정에서 기존에 유지하고 있는 결정구조를 붕괴시켜 무질서한(random)한 방향을 갖는 도메인 생성의 결과로 이해할 수 있으며, 이와 같은 현상을 완화시키기 위해 제작된 에어로졸 증착 막을 열처리하는 것이 일반적이다. 450℃, 550℃ 및 650℃ 조건으로 열처리한 실시예 1 내지 실시예 3의 PZ-PT 복합체 막은 전기장이 제거된 '0'의 값에서 잔류분극이 존재하는 것을 확인할 수 있으며, 전기장의 변화에 의해 잔류분극의 증가가 발생하고 전계의 방향에 의해 도메인이 재정렬되는 전형적인 강유전체 이력곡선을 나타내고 있다. 이는 비교예 1에 의해 준비된 PZ-PT 혼합체 막의 무질서한 결정상태와 막내 잔류응력 등을 비교적 간단한 열처리 과정을 통해 완화시킬 수 있다. FIG According shown in Fig. 16, the comparative example is low first saturation polarization film PZ-PT mixture prepared by (P s) value significantly, hysteresis curves of the remanent polarization (P r) typical paraelectric full (paraelectric crystal) almost non-existent Respectively. This is due to the generation of a strong residual stress due to the physical collision between the powder and the substrate during the aerosol deposition, and the random state of the micro-sized raw material powder is disrupted in the process of crushing the nano- It can be understood as a result of domain formation having one direction, and it is general to heat-treat the aerosol deposition film produced to mitigate such a phenomenon. The PZ-PT composite films of Examples 1 to 3, which were heat-treated at 450 ° C, 550 ° C and 650 ° C, showed residual polarization at a value of '0' from which the electric field was removed. A typical ferroelectric hysteresis curve in which the increase of the remanent polarization occurs and the domain is rearranged by the direction of the electric field. This can alleviate the disordered crystalline state of the PZ-PT mixed film prepared in Comparative Example 1 and the residual stress in the film through a relatively simple heat treatment process.

앞서 설명한 미시적 관점에서 나노결정의 면간거리 변화에 따른 결정구조의 변화와 이에 따른 도메인 정렬, 물질이동 및 확산을 통한 조성의 생성 등의 복합적인 요인들에 의해 최종적으로 구현되는 물질의 특성이 좌우된다고 해석할 수 있다. From the microscopic point of view described above, the characteristics of the material ultimately embodied depend on the complex factors such as the change of the crystal structure due to the change of the interplanar spacing of the nanocrystals and the composition of the domains through domain alignment, mass transfer and diffusion Can be interpreted.

표 1은 실시예 1 내지 실시예 3에 의해 준비된 PZ-PT 세라믹 복합체 막의 포화분극(Ps), 잔류분극 (Pr) 및 항전계(Ec)값의 절대적인 수치를 나타내고 있다. Table 1 shows Examples 1 to 3 PZ-PT ceramic composite membrane prepared by the saturation polarization (P s), the remnant polarization (P r) and coercive field (E c) the absolute value of the figures.

포화분극(μC/cm2)Saturated polarization (μC / cm 2 ) 잔류분극(μC/cm2)Residual polarization (μC / cm 2 ) 항전계(kV/cm)Anti-electric field (kV / cm) 실시예 2Example 2 38.0438.04 5.995.99 25.6325.63 실시예 3Example 3 53.4453.44 15.9815.98 28.8528.85 실시예 1Example 1 44.1544.15 17.0317.03 50.6650.66

도 16 및 표 1을 참조하면, 실시예 2에 의해 준비된 PZ-PT 복합체 막은 다른 열처리 온도에 비해 포화분극 및 잔류분극 값이 현저하게 낮은 수치를 보이고 있으며, 실시예 1 및 실시예 3에 의해 준비된 PZ-PT 복합체 막은 각각 실시예 1(550℃) = 15.98 μC/cm2, 실시예 3(650℃)= 17.03 μC/cm2 수치의 잔류분극 값을 나타내고 있다. 포화분극의 값은 실시예 1(550℃) = 53.44 μC/cm2, 실시예 3(650℃) = 44.15 μC/cm2 같이, 실시예 1에 의해 준비된 PZ-PT 복합체 막이 뛰어난 특성을 나타내고 있으며, 이와는 반대로 잔류분극이 사라지는 전기장인 항전계 값은 실시예 1(550℃) = 28.85 kV/cm, 실시예 3(650℃) = 50.66 kV/cm 값으로 실시예 1의 550℃ 에어로졸 증착 막이 현저하게 낮은 수치임을 확인할 수 있다. 결과적으로 실시예 1 및 실시예 3에 의해 준비된 PZ-PT 복합체 막은 비슷한 잔류분극을 나타내지만 상대적으로 포화분극의 값이 높고, 항전계 값이 낮은 실시예 1의 550℃ 온도에서 열처리한 PZ-PT 복합체 막이 가장 좋은 강유전성(ferroelectricity)을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 상기한 결과는 열처리에 따른 조성 생성 및 결정상태의 변화에 기인한 것이고, 앞서 제시한 결정의 변형률은 TEM 상의 경계부분 즉 막내에 존재하는 수많은 격자의 뒤틀림에 의해 발생하는 것이라고 이해될 수 있다.Referring to FIG. 16 and Table 1, the PZ-PT composite film prepared according to Example 2 shows a remarkably low saturation polarization and remanent polarization values as compared with other heat treatment temperatures, PZ-PT composite membrane, respectively in example 1 (550 ℃) = 15.98 μC / cm 2, example 3 (650 ℃) = 17.03 μC / cm 2 And the residual polarization value of the numerical value. The value of the saturation polarization was found to be 53.44 [micro] C / cm &lt; 2 &gt; in Example 1 (550 DEG C) The PZ-PT composite film prepared according to Example 1 exhibited excellent characteristics such as Example 3 (650 ° C) = 44.15 μC / cm 2. On the contrary, the coercive field value, which is the electric field in which the remanent polarization disappears, ) = 28.85 kV / cm, and Example 3 (650 ° C) = 50.66 kV / cm, the 550 ° C aerosol deposition film of Example 1 is remarkably low. As a result, the PZ-PT composite film prepared according to Examples 1 and 3 exhibited a similar remanent polarization but had a relatively high saturation polarization value and had a low coercive electric field. The PZ-PT It was confirmed that the composite film had the best ferroelectricity. It can be understood that the above-mentioned result is caused by the change of the composition and the crystal state due to the heat treatment, and that the strain of the crystal presented above is caused by the warping of a number of lattices existing in the boundary portion of TEM, that is, in the film.

이와 같은 맥락으로 격자적 관점에서 허용가능한 뒤틀림, 즉 격자변형(lattice strain)의 임계 포인트는 550℃ 열처리 온도라고 볼 수 있으며, 이는 도 16의 결과와 같이 잔류분극 및 포화분극 값이 극대화되는 현상을 통해 양전하와 음전하의 중심의 대칭성을 잃는 전하의 상대적인 이동 현상이 550℃ 온도에서 극대화되었음을 유추해 볼 수 있다. In this context, the critical point of lattice strain, which is acceptable from a lattice point of view, can be considered as the heat treatment temperature of 550 ° C, which is the maximization of the remanent polarization and saturation polarization as shown in FIG. It can be deduced that the relative movement of charge, which loses symmetry of the center of positive charge and negative charge, is maximized at 550 ° C.

결론적으로 XRD 분석을 통해 확인된 PZT의 생성과 PZ, PT 각각의 면간거리 변화는 650℃ 열처리 온도에서 10배 이상으로 급격하게 발생하였음을 확인할 수 있었으며, 이와 같은 온도에서 격자 변형(lattice strain)의 임계범위를 넘어선 극심한 뒤틀림은 전체적인 결정구조의 변화에 의해 상대적으로 소멸되어 분극화를 감소시킨 결과로 이해할 수 있다. 에어로졸 증착 공정을 이용하여 PT 물질을 Si, YSZ, Ni 각각의 기판에 증착한 지난 연구결과에 의하면 Ni 기판에 증착한 PT 에어로졸 증착 막은 다른 기판들에 비해 상대적으로 강한 압축응력이 발생되어 절연파괴 현상을 초래하였으며, 이와 같은 막내 잔류응력이 극단적으로 발생하게 되면 재료 내부에 결함이 생성되어 누설전류(leakage current)로 인한 분극 특성의 저하, 유전파괴(dielectric breakdown) 현상을 초래하는 심각한 전기적 결함으로 작용할 수 있다.As a result, it was confirmed that the formation of PZT and the change of interplanar spacing between PZ and PT occurred rapidly at 10 times or more at the heat treatment temperature of 650 ° C by XRD analysis, and the lattice strain The extreme distortions beyond the critical range can be understood as a result of the relative disappearance due to the change of the overall crystal structure and the decrease of polarization. According to the results of previous studies on the deposition of PT material on Si, YSZ, and Ni substrates using aerosol deposition process, PT aerosol deposition films deposited on Ni substrates produced relatively strong compressive stresses compared to other substrates, If such residual stress in the film occurs extensively, defects are generated inside the material, which causes serious electrical defects such as a decrease in polarization characteristics due to leakage current and a dielectric breakdown phenomenon. .

도 17은 Si 기판에 단일 PT 물질을 에어로졸 증착 공법으로 증착하고 500℃ 조건으로 열처리한 PT 에어로졸 증착 막과 실시예 1에 의해 준비된 PZ-PT 복합체 막의 P-E 이력곡선을 400kV/cm 동일한 전기장에서 측정한 그래프이다. 17 shows the P-E hysteresis curves of the PT aerosol-deposited film obtained by depositing a single PT material on an Si substrate by an aerosol deposition method and heat-treated at 500 ° C and the PZ-PT composite film prepared by Example 1 at an electric field of 400 kV / FIG.

도 17을 참조하면, 500℃에서 열처리를 수행한 PT 에어로졸 증착 막은 Pr = 3.54 μC/cm2 의 잔류분극 값과, Ps= 29.13 μC/cm2 포화분극 값을 나타내고 있으며 이는 잔류분극의 값이 현저하게 낮아 완전한 강유전체 특성을 보이지 않는 상유전체 이력곡선에 가까운 모양을 보이고 있다. 상기 결과를 통해 단일 PT 에어로졸 증착 막에 비해 실시예 1에 의해 준비된 PZ-PT 복합체 막의 강유전성이 크게 향상되었음을 확인할 수 있으며, 이는 나노클러스터링 모델 적용에 의한 나노도메인의 구현, 온도 조건에 따른 조성적 PZT 생성 및 PZ, PT 격자변형과 같은 다양한 물리, 화학적 변화에 의해 물성이 크게 향상된 강유전체 재료를 제조한 것이라고 할 수 있다. Referring to FIG. 17, the PT aerosol deposition film subjected to the heat treatment at 500 ° C has a P r of 3.54 μC / cm 2 And P s = 29.13 μC / cm 2 saturation polarization value. This shows that the residual polarization value is remarkably low, which is close to the hysteresis curve of the total dielectric hysteresis which does not exhibit perfect ferroelectric characteristics. From the above results, it can be seen that the ferroelectricity of the PZ-PT composite membrane prepared according to Example 1 is significantly improved as compared with that of the single PT aerosol deposition membrane. This indicates that the implementation of the nano domain by the application of the nanoclustering model, And a ferroelectric material having greatly improved physical properties by various physical and chemical changes such as PZ and PT lattice strain.

BT-NN 세라믹 복합체 분석BT-NN Ceramic Composite Analysis

도 30은 실시예 4 내지 실시예 8 및 비교예 2에 의해 준비된 BT-NN 복합체 막의 전기장에 대한 분극의 이력곡선(P-E hysteresis loop) 분석 결과이다.30 is a P-E hysteresis loop analysis result of the electric field of the BT-NN composite film prepared by Examples 4 to 8 and Comparative Example 2. FIG.

도 30을 참조하면, 실시예 4 내지 실시예 8에 의해 준비된 BT-NN 세라믹 복합체 막은 전기장이 제거된 0의 값에서 잔류분극이 존재하는 것을 확인할 수 있었고, 전기장의 변화에 의해 잔류분극 값이 증가되고, 전계의 방향에 의해 도메인이 재정렬되는 전형적인 강유전체 이력곡선을 나타내고 있다. Referring to FIG. 30, it was confirmed that the BT-NN ceramic composite film prepared according to Examples 4 to 8 had remanent polarization at a value of 0 at which the electric field was removed, and the remanent polarization value was increased And shows a typical ferroelectric hysteresis curve in which domains are rearranged according to the direction of the electric field.

표 2는 실시예 4 내지 실시예 8에 의해 준비된 BT-NN 세라믹 복합체 막의 포화분극(Ps), 잔류분극 (Pr) 및 항전계(Ec)값의 절대적인 수치를 나타내고 있다. Table 2 shows the BT-NN-ceramic composite membranes saturation polarization (P s), the remnant polarization (P r) and coercive field (E c) the absolute value of the figures prepared by Example 4 to Example 8.

포화분극(μC/cm2) Saturated polarization (μC / cm 2 ) 잔류분극(μC/cm2)Residual polarization (μC / cm 2 ) 항전계(kV/cm)Anti-electric field (kV / cm) 실시예 5 Example 5 15.64 15.64 3.66 3.66 62.4462.44 실시예 6 Example 6 10.9010.90 0.930.93 16.2316.23 실시예 7 Example 7 14.5214.52 1.851.85 37.5337.53 실시예 4 Example 4 20.1220.12 3.653.65 33.6933.69 실시예 8 Example 8 12.7312.73 1.811.81 37.5337.53

표 1을 참조하면, 실시예 5에 의해 준비된 300℃온도에서 열처리한 BT-NN 세라믹 복합체의 경우 보다 높은 온도에서 열처리 된 막에 비해 포화분극과 자발분극의 값이 크게 나타나지만 결정에 존재하는 잔류분극을 사라지게 하여 도메인의 방향을 상쇄시키는 항전계 값이 상당히 큰 것으로 확인할 수 있었다. 400℃, 500℃ 및 600℃ 열처리 온도 구간(실시예 6, 실시예 7 및 실시예4)에서 잔류 분극 및 포화분극이 순차적으로 증가하며 강유전성이 향상되는 것을 확인할 수 있다. 700℃ 온도에서 열처리를 수행한 실시예 8에 의해 준비된 BT-NN 세라믹 복합체는 강유전성이 급격하게 저하되게 되는데, 이와 같은 현상은 NN 피크의 결정성에 관련된 피크 강도와 FWHM 값이 종합적으로 600℃ 온도구간에서 포화되는 현상과 일치함을 알 수 있다.Referring to Table 1, the values of saturation polarization and spontaneous polarization are larger than those of the BT-NN ceramic composite prepared by the heat treatment at 300 ° C prepared in Example 5. However, And the anti-electric field value canceling the direction of the domain is considerably large. It can be confirmed that the remanent polarization and the saturation polarization sequentially increase in the 400 ° C, 500 ° C and 600 ° C heat treatment temperature intervals (Example 6, Example 7 and Example 4), and ferroelectricity improves. The ferroelectricity of the BT-NN ceramic composite prepared by Example 8 in which the heat treatment was performed at a temperature of 700 ° C was abruptly lowered. This phenomenon was observed when the peak intensity and the FWHM value related to the crystallinity of the NN peak were collectively measured at 600 ° C This is consistent with the phenomenon of saturation in

도 31은 BT 물질을 동일한 에어로졸 증착 공법으로 제작하고 600℃ 온도에서 열처리하여 준비된 BT 단일막과 실시예 4에 의해 준비된 BT-NN 세라믹 복합체 막의 전기장에 대한 분극의 이력곡선(P-E hysteresis loop)을 400kV/cm의 동일한 전기장에서 측정하여 비교한 그래프이다.31 shows the P-E hysteresis loop for the electric field of the BT monolayer prepared by the same aerosol deposition method and heat treatment at 600 ° C and the BT-NN ceramic composite membrane prepared by Example 4, At a constant electric field of 400 kV / cm.

도 31을 참조하면, 단물질 BT만을 포함하는 필름은 잔류 분극(Pr) = 1.69 μC/cm2, 포화분극(Ps) = 9.54 μC/cm2 값을 갖는 이력곡선을 보이고 있으며, 이는 실시예 4에 의해 준비된 BT-NN 세라믹 복합체 필름의 잔류분극(Pr) = 3.65 μC/cm2 및 포화분극(Ps) = 20.12 μC/cm2 값 보다 상당히 낮은 수치를 나타내고 있다.Referring to Figure 31, a film comprising only a single material BT is showing residual polarization (P r) = 1.69 μC / cm 2, the saturation polarization (P s) = 9.54 μC / cm hysteresis loop having a second value, which is carried out example 4 shows the BT-NN remnant polarization (P r) = 3.65 μC / cm 2 and the saturation polarization (P s) = 20.12 considerably lower than μC / cm 2 value of the ceramic composite film prepared by.

도 32는 실시예 4에 의해 준비된 BT-NN 복합체 막의 전기장에 대한 분극의 이력곡선(P-E hysteresis loop) 분석 결과이다.32 is a P-E hysteresis loop analysis result of the electric field of the BT-NN composite film prepared in Example 4. FIG.

도 32를 참조하면, 실시예 4에 의해 준비된 BT-NN 세라믹 복합체 필름은 최종적으로 500 kV/cm 전계에서 잔류분극(Pr) = 4.62 μC/cm2, 포화분극(Ps) = 23.15 μC/cm2, 항전계(Ec)= 41.75 kV/cm 값의 뛰어난 전기적 특성을 갖는 비납계 강유전체 막을 BT-NN 세라믹 복합체 필름을 나노 클러스터링 모델을 통해 구현할 수 있었다.Referring to Figure 32, Example 4 BT-NN-ceramic composite film is finally remnant polarization (P r) = 4.62 μC / cm 2, the saturated polarization in the 500 kV / cm electric field prepared by (P s) = 23.15 μC / cm 2 and E c = 41.75 kV / cm, which is a non-lead ferroelectric film, can be realized through the nano clustering model.

본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, but is intended to be limited by the appended claims. It will be apparent to those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. something to do.

100: 에어로졸 증착 장치
110 : 진공펌프 120 : X-Y 스테이지
130 : 진공챔버 140 : Si 기판
150 : 분사노즐 160 : MFC 1
170 : MFC 2 180 :에어로졸 챔버
190 : 이송가스용기
100: Aerosol deposition apparatus
110: Vacuum pump 120: XY stage
130: vacuum chamber 140: Si substrate
150: injection nozzle 160: MFC 1
170: MFC 2 180: aerosol chamber
190: Transfer gas container

Claims (8)

제1 유전체 분말 및 제2 유전체 분말을 기계적으로 혼합하는 단계(단계 1);
상기 기계적으로 혼합된 제1 유전체 분말 및 제2 유전체 분말을 분사하여 상기 제1 유전체 분말 및 제2 유전체 분말이 혼재된 혼합체를 형성하는 단계(단계 2); 및
상기 혼합체를 열처리하여 상기 제1 유전체 상 및 제2 유전체 상을 포함하는 복합 유전체를 형성하는 단계(단계 3);를 포함하고, 상기 제1 유전체 분말은 강유전체 분말이고, 상기 제2 유전체 분말은 반강유전체 분말인 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체의 제조방법.
Mechanically mixing the first dielectric powder and the second dielectric powder (step 1);
Forming a mixture of the first dielectric powder and the second dielectric powder by spraying the mechanically mixed first dielectric powder and the second dielectric powder (Step 2); And
(Step 3) of forming a composite dielectric including the first dielectric layer and the second dielectric layer by heat-treating the mixture, wherein the first dielectric powder is a ferroelectric powder and the second dielectric powder is a half A method for manufacturing a ferroelectric - ferroelectric ceramic composite which is a ferroelectric powder.
제1항에 있어서
상기 제1 유전체 분말은 PbTiO3(PT), BaTiO3(BT) 및 KNbO3(KN) 중 적어도 하나이고, 상기 제2 유전체 분말은 PbZrO3(PZ) 또는 NaNbO3(NN) 중 적어도 하나인 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체의 제조방법.
The method of claim 1, wherein
Wherein the first dielectric powder is at least one of PbTiO 3 (PT), BaTiO 3 (BT) and KNbO 3 (KN), and the second dielectric powder is at least one of PbZrO 3 (PZ) or NaNbO 3 (NN) Method for manufacturing an antiferroelectric ceramic composite.
제1항에 있어서
상기 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체는 제1 유전체 상, 제2 유전체 상, 및 제1 유전체와 제2 유전체의 혼합 상을 포함하는 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체의 제조방법.
The method of claim 1, wherein
Wherein the ferroelectric-ferroelectric ceramic composite comprises a first dielectric, a second dielectric, and a mixed phase of a first dielectric and a second dielectric.
제1항에 있어서,
상기 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체는 제1 유전체 상, 제2 유전체 상, 및 제1 유전체와 제2 유전체가 반응하여 새롭게 형성된 제3 유전체 상을 포함하는 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the ferroelectric-ferroelectric ceramic composite comprises a first dielectric layer, a second dielectric layer, and a third dielectric layer formed by reaction between the first dielectric layer and the second dielectric layer.
제1항에 있어서,
상기 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체에 포함된 상기 제1 유전체와 제2 유전체의 혼합 상은 상기 제1 유전체 상 및 제2 유전체 상의 경계에 배치되는 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein a mixed phase of the first dielectric and the second dielectric included in the ferroelectric-ferroelectric ceramic composite is disposed at a boundary between the first dielectric and the second dielectric.
제1항에 있어서,
상기 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체에 포함된 상기 제1 유전체와 제2 유전체가 반응하여 새롭게 형성된 제3 유전체 상은 상기 제1 유전체 상 및 제2 유전체 상의 경계에 배치되는 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
The ferroelectric-ferroelectric ceramic composite material according to claim 1, wherein the ferroelectric-ferroelectric-ceramic composite material comprises a ferroelectric-ferroelectric-ceramic composite material having a first dielectric layer and a second dielectric material. .
제1항에 있어서,
상기 단계 3에서, 혼합체를 열처리하는 온도는 50 내지 900℃인 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
The method for producing a ferroelectric-ferroelectric ceramic composite body according to claim 3, wherein the mixture is heat-treated at a temperature of 50 to 900 ° C.
제1항에 있어서,
상기 기계적으로 혼합된 제1 유전체 분말 및 제2 유전체 분말의 직경은 0.5 내지 500 um 인 강유전체-반강유전체 세라믹 복합체의 제조방법.

The method according to claim 1,
Wherein the mechanically mixed first dielectric powder and second dielectric powder have a diameter of 0.5 to 500 μm.

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111056849A (en) * 2019-12-16 2020-04-24 中国科学院上海硅酸盐研究所 High-dispersion antiferroelectric submicron ceramic powder and preparation method thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7632353B2 (en) 2000-10-23 2009-12-15 Toto Ltd. Apparatus for forming a composite structure body
KR20110001688A (en) * 2009-06-30 2011-01-06 한국세라믹기술원 Dielectric ceramics thick film and manufacturing method thereof
KR20130081430A (en) * 2012-01-09 2013-07-17 한국과학기술원 Ceramic composite and preparing method of the same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0832559B2 (en) * 1987-03-25 1996-03-29 テイカ株式会社 Method for producing inorganic fine powder of perovskite type compound
KR100899846B1 (en) * 2007-04-19 2009-05-27 한국기계연구원 A lead-free piezoceramic film and fabrication method thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7632353B2 (en) 2000-10-23 2009-12-15 Toto Ltd. Apparatus for forming a composite structure body
KR20110001688A (en) * 2009-06-30 2011-01-06 한국세라믹기술원 Dielectric ceramics thick film and manufacturing method thereof
KR20130081430A (en) * 2012-01-09 2013-07-17 한국과학기술원 Ceramic composite and preparing method of the same

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CURRENT APPLIED PHYSICS 4 *
JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH 275* *
JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN 118* *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111056849A (en) * 2019-12-16 2020-04-24 中国科学院上海硅酸盐研究所 High-dispersion antiferroelectric submicron ceramic powder and preparation method thereof

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