강유전체 BaTiO3의 합성과 상전이 결과보고서

소개글

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목차

1. 실험제목
2. 실험목적
3. 결과분석
4. 고찰

본문내용

1. 실험제목
강유전체 BaTiO3의 합성과 상전이

2. 실험목적
대표적인 강유전성 물질인 BaTiO3를 합성하고 TGA, DSC, XRD 분석을 하여 큐리 온도(Curie temperature)와 상변화에 대하여 알아본다.

3. 결과분석

이번 실험은 고체상반응법을 사용하여 BaTiO3를 합성하였다. 이 방법은 고상의 Ba 및 Ti 원을 기계적으로 혼합하고 고온에서 고상 확산 반응시켜 분말을 제조하는 방법이다.

반응식은 다음과 같다.

2BaCO3 + TiO2 → 2BaTiO3 + CO2 (1)
2BaCO3 + BaTiO3 → Ba2TiO4 + CO2 (2)
Ba2TiO4 + TiO2 → 2BaTiO3 (3)

BaCO3와 TiO2 계면에서의 접촉반응에 의하여 BaTiO3층 이 형성되고(1), 이렇게 일차적으로 형성된 BaTiO3층이 BaCO3와 반응하여 Ba2TiO4의 중간상층이 형성되며(2), 최 종적으로 남아있는 TiO2와 Ba2TiO4의 균일화 반응(3)에 의하여 BaTiO3로 변화하게 된다.

TGA는 온도 변화에 따라 샘플의 질량을 측정하는 열 분석 방법이다. 이 측정은 상 전이, 흡수 및 탈착, 열분해 온도 및 열 안정성, 고분자 구조, 용매나 수분의 함량, 산화반응 같은 물리적 현상에 대한 정보를 제공한다.
TGA 그래프가 급격하게 감소하는 부분은 열분해가 시작되는 구간으로, TGA 그래프를 미분한 DTG 그래프의 피크점을 통해 열분해온도를 파악하고 샘플의 열안정성을 비교할 수 있다. 위의 그래프 에서는 100~300 C부근에서 일어나는 중량감소는 각각 흡착수의 증발 및 분산제의 연소반응으로 추정된다. 600C 부근의 감량 변화는 TiO2의 표면에서 일어나는 BaCO3 분해 반응(Reaction 1)이며, 700C 부근의 감량변화는 TiO2 입자내로 Ba이온의 확산으로 표면부근의 잔류 BaCO3가 분해되는 반응(Reaction 2)인 것으로 판단된다.

참고 자료

박정훈 , 박상도 「 BaTiO 3 미세 분말의 수열합성 및 특성분석 」 , Korean Chem. Eng. Res., Vol. 45 No. 5, 2007 - 무기화학실험,노동윤,자유아카데미,2014,p193-195
무기화학,Gary L. Miessler,자유아카데미,2013