Crystal growth & X-ray diffraction, structure transition of BaTiO3 예비보고서

문서 내 토픽

1. 고상소결법

고상소결법을 통해 BaTi, CaTi, SrTi를 제작하고 X-ray diffraction을 이용하여 시료를 관측함으로써 XRD의 원리를 이해한다. 고상소결법은 불순물이 없는 순수한 원료를 고온으로 가열하여 처리하는 소결 방법으로, 시간, 온도, 압력 등의 영향을 받는다.
2. X-ray diffraction

X-ray diffraction은 파장과 간격이 비슷하고 파동을 산란시킬 수 있는 대상이 규칙적으로 배열되어 있을 때 일어나는 회절 현상을 이용하여 결정 구조를 분석하는 방법이다. Bragg's Law를 이용하여 회절각을 측정하고 이를 통해 각 시료의 격자 형태를 알아낼 수 있다.
3. BaTiO3 상전이

BaTiO3은 대표적인 강유전체로, 열을 가해주면 perovskite 결정 구조로 바뀌면서 강유전성을 잃어버리게 된다. 이러한 상전이 현상을 관측하고 이와 관련된 개념들을 이해하고자 한다.

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1. 고상소결법

고상소결법은 세라믹 재료 제조에 널리 사용되는 방법으로, 원료 분말을 고온에서 가열하여 고체 상태에서 소결하는 기술입니다. 이 방법은 비교적 간단하고 경제적이며, 다양한 세라믹 재료를 제조할 수 있다는 장점이 있습니다. 그러나 소결 과정에서 입자 성장, 기공 형성 등의 문제가 발생할 수 있어 미세구조 및 물성 제어가 어려운 단점이 있습니다. 따라서 최근에는 이러한 단점을 보완하기 위해 다양한 소결 기술들이 개발되고 있습니다. 예를 들어 방전 플라즈마 소결법, 마이크로웨이브 소결법 등이 있으며, 이들은 기존 고상소결법에 비해 더 우수한 미세구조와 물성을 가진 세라믹 재료를 제조할 수 있습니다. 앞으로 고상소결법은 이러한 새로운 소결 기술들과 결합되어 더욱 발전할 것으로 기대됩니다.
2. X-ray diffraction

X-ray diffraction (XRD)은 결정 구조 분석을 위한 강력한 분석 기술입니다. XRD는 결정 물질에 X선을 입사시켜 발생하는 회절 패턴을 분석함으로써 물질의 결정 구조, 상 조성, 결정성 등을 파악할 수 있습니다. 이를 통해 세라믹, 금속, 반도체 등 다양한 재료의 구조와 특성을 이해할 수 있습니다. 또한 XRD는 비파괴적이고 신속한 분석이 가능하여 재료 개발, 공정 관리, 품질 관리 등 다양한 분야에서 널리 활용되고 있습니다. 최근에는 고분해능 XRD, 박막 XRD, in-situ XRD 등 다양한 기술 발전으로 더욱 정밀한 분석이 가능해졌습니다. 이를 통해 재료 과학 분야의 연구 및 개발에 크게 기여하고 있습니다.
3. BaTiO3 상전이

BaTiO3는 대표적인 강유전체 세라믹 물질로, 다양한 전자 소자 및 센서 응용에 널리 사용되고 있습니다. BaTiO3는 온도에 따라 결정 구조가 변화하는 상전이 특성을 가지고 있는데, 이는 물질의 유전, 압전, 강유전 특성에 큰 영향을 미칩니다. 상온에서 BaTiO3는 정방정 결정 구조를 가지며, 이 구조에서 강유전 특성이 발현됩니다. 그러나 온도가 올라감에 따라 정방정 → 정방정 → 입방정 구조로 상전이가 일어나며, 이에 따라 유전 및 압전 특성이 변화합니다. 이러한 BaTiO3의 상전이 특성은 압전 센서, 압전 액추에이터, 강유전 메모리 등 다양한 전자 소자 개발에 핵심적인 역할을 합니다. 따라서 BaTiO3의 상전이 메커니즘 및 특성 제어에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다.

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